JP2015031701A

JP2015031701A - Diffraction grating scale

Info

Publication number: JP2015031701A
Application number: JP2013158513A
Authority: JP
Inventors: 前田　不二雄; Fujio Maeda; 不二雄前田; 青木　敏彦; Toshihiko Aoki; 敏彦青木
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-16
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP6266256B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffraction grating scale suitable for forming its periodic convexo-concave pattern by an imprint method.SOLUTION: A diffraction grating scale 100 comprises a transparent base plate 110 and a resin layer 120 stacked over the transparent base plate 110. On the resin layer 120, a periodic convexo-concave pattern 121 is formed in the length measuring direction, and n2>n1 holds, where n1 is the refractive index of the transparent base plate 110 and n2 is that of the resin layer 120.

Description

本発明は、回折格子スケールに関する。 The present invention relates to a diffraction grating scale.

透過型回折格子スケールを用いた光電式エンコーダは、スケール上に形成された回折格子に光を照射して、回折像のパターンを受光素子で検出することにより、スケールに対する検出ヘッドの移動量を検出する。透過型回折格子スケールにおける回折格子は、例えば、透明基板上にフォトレジスト層を形成して格子パターンを露光・現像した後、エッチングすることにより形成される。 A photoelectric encoder using a transmissive diffraction grating scale detects the amount of movement of the detection head relative to the scale by irradiating the diffraction grating formed on the scale with light and detecting the pattern of the diffraction image with a light receiving element. To do. The diffraction grating in the transmissive diffraction grating scale is formed, for example, by forming a photoresist layer on a transparent substrate, exposing and developing the grating pattern, and then etching.

特許文献１には、樹脂による凹凸パターンからなる回折格子が開示されている。特許文献１に開示された回折格子は、次のステップによって作製される。すなわち、ガラス又は金属製の型に紫外線硬化樹脂を流し込む。次に、その上に透明基板を重ね合わせてから紫外線を照射して、紫外線硬化樹脂を硬化させる。 Patent Document 1 discloses a diffraction grating composed of an uneven pattern made of resin. The diffraction grating disclosed in Patent Document 1 is manufactured by the following steps. That is, an ultraviolet curable resin is poured into a glass or metal mold. Next, after superposing a transparent substrate thereon, ultraviolet rays are irradiated to cure the ultraviolet curable resin.

上述の製法よりも透過型回折格子スケールを安価に量産できる製法として、インプリント法が知られている。インプリント法では、基板上に塗布された熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂に、凹凸パターンが形成されたスタンパを押し当てる。その状態で、樹脂を硬化させることにより、基板上に凹凸パターンを形成する。 An imprint method is known as a manufacturing method capable of mass-producing a transmission diffraction grating scale at a lower cost than the above-described manufacturing method. In the imprint method, a stamper having a concavo-convex pattern is pressed against a thermosetting resin or a photocurable resin applied on a substrate. In this state, the concavo-convex pattern is formed on the substrate by curing the resin.

特開平４−５１２０１号公報JP-A-4-51201

回折格子スケールの０次透過光は迷光の原因となり、光電式エンコーダの計測誤差の一因となる。回折効率を高めて０次透過光を小さくするためには、回折格子の凹凸パターンの凸部と凹部との高低差を調整し、０次透過光が相殺するようにすることが考えられる。ここで、格子ピッチを細密化しつつ凸部と凹部との高低差をかせぐとなると、凸部のアスペクト比が高くなる。しかし、インプリント法には、凹凸パターンの凸部のアスペクト比を高くすることが難しいという問題がある。アスペクト比の高い凹凸パターンは、凸部の高さに対して幅が小さくなるため、製造時に凸部が倒れてしまうことがある。 The zero-order transmitted light of the diffraction grating scale causes stray light and causes a measurement error of the photoelectric encoder. In order to increase the diffraction efficiency and reduce the 0th-order transmitted light, it is conceivable to adjust the height difference between the convex and concave portions of the concavo-convex pattern of the diffraction grating so that the 0th-order transmitted light cancels out. Here, if the height difference between the convex portion and the concave portion is increased while the lattice pitch is made fine, the aspect ratio of the convex portion becomes high. However, the imprint method has a problem that it is difficult to increase the aspect ratio of the protrusions of the uneven pattern. Since the concavo-convex pattern having a high aspect ratio has a smaller width with respect to the height of the convex portion, the convex portion may fall during manufacturing.

本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、凹凸パターンをインプリント法により作製することに適した回折格子スケールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a diffraction grating scale suitable for producing an uneven pattern by an imprint method.

本発明にかかる回折格子スケールは、
基板と、
前記基板の上に積層された樹脂層と、を備えた回折格子スケールであって、
前記樹脂層には測長方向に沿って周期的な凹凸パターンが形成されており、
前記基板の屈折率をｎ１、前記樹脂層の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ２＞ｎ１を満たす。
さらに、上述の回折格子スケールにおいて、
前記基板の屈折率をｎ１、前記樹脂層の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ２−ｎ１≧０．０４
を満たしてもよい。 The diffraction grating scale according to the present invention is
A substrate,
A diffraction grating scale comprising a resin layer laminated on the substrate,
The resin layer is formed with a periodic uneven pattern along the length measuring direction,
When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2> n1 is satisfied.
Furthermore, in the diffraction grating scale described above,
When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.04
May be satisfied.

上述の回折格子スケールにおいて、
前記基板の屈折率をｎ１、前記樹脂層の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ２−ｎ１≧０．１
を満たしてもよい。
さらに、上述の回折格子スケールにおいて、
前記基板の屈折率をｎ１、前記樹脂層の屈折率をｎ２としたときに、
ｎ２−ｎ１≧０．１５
を満たしてもよい。 In the above diffraction grating scale,
When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.1
May be satisfied.
Furthermore, in the diffraction grating scale described above,
When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.15
May be satisfied.

また、上述の回折格子スケールにおいて、
前記樹脂層には周期的に穴があけられることにより穴と凸部とが繰り返す前記凹凸パターンが形成されており、
前記樹脂層は、前記測長方向に直交する方向の両側に側壁を有し、前記側壁は前記凹凸パターンの凸部同士をつないでいてもよい。 In the above diffraction grating scale,
The resin layer is formed with the concavo-convex pattern in which holes and protrusions are repeated by periodically making holes,
The resin layer may have side walls on both sides in a direction orthogonal to the length measuring direction, and the side walls may connect the convex portions of the concavo-convex pattern.

さらに、本発明にかかる回折格子スケールにおいては、
前記凹凸パターンの凸部先端の、凹部底面からの高さが７００ｎｍ以下であってもよいし、
前記凹凸パターンのアスペクト比が３．５以下であってもよい。 Furthermore, in the diffraction grating scale according to the present invention,
The height from the bottom surface of the concave portion of the convex portion tip of the concave / convex pattern may be 700 nm or less,
The concavo-convex pattern may have an aspect ratio of 3.5 or less.

本発明によれば、凹凸パターンをインプリント法により作製することに適した回折格子スケールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the diffraction grating scale suitable for producing an uneven | corrugated pattern by the imprint method can be provided.

実施の形態１にかかる回折格子スケールの斜視図である。1 is a perspective view of a diffraction grating scale according to a first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの測長方向の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffraction grating scale according to the first embodiment in the length measurement direction. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの測長方向に直交する幅方向の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view in the width direction orthogonal to the length measuring direction of the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの格子高さと０次透過光強度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the grating | lattice height of the diffraction grating scale concerning Embodiment 1, and 0th-order transmitted light intensity. 実施の形態１にかかる回折格子スケールにおける、ベース部の厚さと０次透過光強度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a thickness of a base portion and 0th-order transmitted light intensity in the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの製造工程を示す第１の図である。FIG. 5A is a first diagram showing a manufacturing process of the diffraction grating scale according to the first embodiment; 実施の形態１にかかる回折格子スケールの製造工程を示す第２の図である。FIG. 6 is a second diagram illustrating the manufacturing process of the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの製造工程を示す第３の図である。FIG. 6 is a third diagram illustrating the manufacturing process of the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの製造工程を示す第４の図である。FIG. 6D is a fourth diagram showing the manufacturing process of the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態１にかかる回折格子スケールの製造工程を示す第５の図である。FIG. 10 is a fifth diagram illustrating the manufacturing process of the diffraction grating scale according to the first embodiment; 実施の形態１にかかる回折格子スケールにおける、カバーガラスの接着方法の変形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a modification of the cover glass bonding method in the diffraction grating scale according to the first embodiment. 実施の形態２にかかる回折格子スケールの斜視図である。6 is a perspective view of a diffraction grating scale according to a second embodiment. FIG. 実施の形態２にかかる回折格子スケールの測長方向の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view in the length measuring direction of a diffraction grating scale according to a second embodiment. 実施の形態３にかかる回折格子スケールの斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a diffraction grating scale according to a third embodiment. 実施の形態３にかかる回折格子スケールの平面図である。6 is a plan view of a diffraction grating scale according to a third embodiment. FIG. 実施の形態３にかかる回折格子スケールの変形例の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a modification of the diffraction grating scale according to the third embodiment.

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態１にかかる回折格子スケールの構造を説明する。図１は、回折格子スケール１００の斜視図である。図２は、回折格子スケール１００の平面図である。図１及び図２では、わかりやすいようにカバーガラスを外した状態の図としている。図３は、回折格子スケール１００の測長方向の断面図である。図４は、回折格子スケール１００の測長方向に直交する幅方向の断面図である。 [Embodiment 1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The structure of the diffraction grating scale according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of the diffraction grating scale 100. FIG. 2 is a plan view of the diffraction grating scale 100. In FIG.1 and FIG.2, it is the figure of the state which removed the cover glass for easy understanding. FIG. 3 is a cross-sectional view of the diffraction grating scale 100 in the length measuring direction. FIG. 4 is a cross-sectional view in the width direction orthogonal to the length measurement direction of the diffraction grating scale 100.

回折格子スケール１００は、主に、エンコーダ用スケールとして用いられる。回折格子スケール１００にコヒーレント光を照射して、回折光により生じた干渉縞の強度を、受光素子を用いて検出することにより、検出ヘッドのスケールに対する移動量を検出できる。 The diffraction grating scale 100 is mainly used as an encoder scale. The amount of movement of the detection head relative to the scale can be detected by irradiating the diffraction grating scale 100 with coherent light and detecting the intensity of interference fringes generated by the diffracted light using a light receiving element.

回折格子スケール１００は、透明基板１１０と、樹脂層１２０と、カバーガラス（カバー部材）１３０と、接着剤１４０とを備える。
透明基板１１０は、使用の際に照射する光に対して光透過性を有する長手状の基板である。透明基板１１０の材質は、例えば、光学用ガラスや透明なプラスチックを用いる。より望ましくは、熱膨張係数の小さい、合成石英やセラミックス系のガラスを用いる。
樹脂層１２０は、透明基板１１０の上に積層されている。樹脂層１２０は、透光性の樹脂からなる。透光性の樹脂としては、例えば、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系紫外線硬化型樹脂等の光硬化性樹脂や、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ系等の熱硬化樹脂などを用いることができる。 The diffraction grating scale 100 includes a transparent substrate 110, a resin layer 120, a cover glass (cover member) 130, and an adhesive 140.
The transparent substrate 110 is a longitudinal substrate having optical transparency with respect to light irradiated during use. As the material of the transparent substrate 110, for example, optical glass or transparent plastic is used. More desirably, synthetic quartz or ceramic glass having a small thermal expansion coefficient is used.
The resin layer 120 is laminated on the transparent substrate 110. The resin layer 120 is made of a translucent resin. Examples of the light-transmitting resin include photo-curing resins such as acrylic, epoxy-based, and silicone-based UV curable resins, thermoplastic resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), and epoxy-based thermosetting. Resins can be used.

樹脂層１２０は、凹凸パターン１２１と、側壁１２２と、カバーガラス支持部（カバー部材支持部）１２３と、ベース部１２４と、を一体的に有する。樹脂層１２０は、インプリント法により型押成形される。樹脂層１２０は、底面となるベース部１２４の上に２つのカバーガラス支持部１２３と凹凸パターン１２１とが連続一体的に立設されてなる。具体的にはベース部の幅方向の両端からそれぞれカバーガラス支持部１２３が立設され、さらに、２つのカバーガラス支持部１２３の間に挟まれるようにして凹凸パターン１２１が形成されている。 The resin layer 120 integrally includes an uneven pattern 121, a side wall 122, a cover glass support part (cover member support part) 123, and a base part 124. The resin layer 120 is embossed by an imprint method. The resin layer 120 is configured such that two cover glass support portions 123 and a concavo-convex pattern 121 are continuously and integrally provided on a base portion 124 serving as a bottom surface. Specifically, cover glass support portions 123 are erected from both ends in the width direction of the base portion, and an uneven pattern 121 is formed so as to be sandwiched between the two cover glass support portions 123.

樹脂層１２０において、凹凸パターン１２１はベース部１２４の上に形成されており、凹凸パターン１２１とベース部１２４とは同一の材質により形成されている。
ベース部１２４は、透明基板１１０上に固着されている。ベース部１２４と透明基板１１０とを固着することにより、樹脂層１２０と透明基板１１０とが接触する面積を広くとることができるので、樹脂層１２０と透明基板１１０との密着性が向上する。 In the resin layer 120, the concavo-convex pattern 121 is formed on the base portion 124, and the concavo-convex pattern 121 and the base portion 124 are formed of the same material.
The base part 124 is fixed on the transparent substrate 110. By fixing the base portion 124 and the transparent substrate 110, the contact area between the resin layer 120 and the transparent substrate 110 can be increased, so that the adhesion between the resin layer 120 and the transparent substrate 110 is improved.

ベース部１２４の厚さは、樹脂層１２０と透明基板１１０との熱膨張係数差による回折格子スケール１００の変形が起こらず、かつ、樹脂層１２０と透明基板１１０との密着性が損なわれない厚さとするのが好ましい。凹凸パターン１２１の格子高さが０．４〜１．０μｍ程度の場合には、ベース部１２４の厚さは１μｍ以上が望ましく、例えば、３〜９μｍとするのが望ましい。 The thickness of the base portion 124 is such that the diffraction grating scale 100 is not deformed due to the difference in thermal expansion coefficient between the resin layer 120 and the transparent substrate 110, and the adhesion between the resin layer 120 and the transparent substrate 110 is not impaired. It is preferable that When the lattice height of the concavo-convex pattern 121 is about 0.4 to 1.0 μm, the thickness of the base portion 124 is desirably 1 μm or more, for example, desirably 3 to 9 μm.

カバーガラス支持部１２３、１２３は、カバーガラス１３０を位置決めして固定するための支持部である。カバーガラス支持部１２３、１２３は、樹脂層１２０に一体的に形成されており、回折格子スケール１００の測長方向に沿って長さを持つ壁状の構造となっている。
カバーガラス１３０は、回折格子として機能する凹凸パターン１２１を、傷や汚れから保護するために設けられる。カバーガラス１３０には、凹凸パターン１２１に照射される光をできる限り遮らないために、光透過性の高い材質を用い、必要に応じ片面または両面に反射防止処理を行うこともある。 The cover glass support parts 123 and 123 are support parts for positioning and fixing the cover glass 130. The cover glass support portions 123 and 123 are formed integrally with the resin layer 120 and have a wall-like structure having a length along the length measurement direction of the diffraction grating scale 100.
The cover glass 130 is provided to protect the uneven pattern 121 functioning as a diffraction grating from scratches and dirt. The cover glass 130 is made of a highly light-transmitting material so as not to block the light irradiated to the concave / convex pattern 121 as much as possible, and an antireflection treatment may be performed on one side or both sides as necessary.

接着剤１４０は、透明基板１１０とカバーガラス１３０とを接着する。接着剤１４０としては、例えば、紫外線硬化型樹脂を用いる。回折格子スケール１００上において、カバーガラス支持部１２３の外側の透明基板１１０に接着剤１４０を塗布する。これにより、接着剤１４０がカバーガラス支持部１２３によりせき止められて、凹凸パターン１２１に接着剤１４０が流れこむのを防げる。 The adhesive 140 bonds the transparent substrate 110 and the cover glass 130. For example, an ultraviolet curable resin is used as the adhesive 140. On the diffraction grating scale 100, an adhesive 140 is applied to the transparent substrate 110 outside the cover glass support 123. As a result, the adhesive 140 is blocked by the cover glass support 123, and the adhesive 140 can be prevented from flowing into the concavo-convex pattern 121.

樹脂層１２０には、回折格子スケール１００の測長方向に沿って周期的に穴１２５があけられることにより、穴１２５と凸部１２６とが繰り返す周期的な凹凸パターン１２１が形成されている。凹凸パターン１２１において、測長方向に直交する方向の両側に側壁１２２、１２２があり、側壁１２２、１２２は凸部１２６同士をつないでいる。凹凸パターン１２１の周囲をつなげることにより、機械的な強度を向上できる。その結果、回折格子の格子部の欠損や倒れ等を防止できる。特に、凸部１２６が倒れるのを防止できる。なお、図３では、凹凸パターン１２１の穴１２５や凸部１２６は矩形となっているが、矩形に限定されるものではなく、台形や正弦波形状等、回折格子として機能するものであればよい。 The resin layer 120 is formed with periodic concavo-convex patterns 121 in which the holes 125 and the convex portions 126 are repeated by periodically making holes 125 along the length measurement direction of the diffraction grating scale 100. In the concavo-convex pattern 121, there are side walls 122, 122 on both sides in a direction orthogonal to the length measuring direction, and the side walls 122, 122 connect the convex portions 126 to each other. By connecting the periphery of the uneven pattern 121, the mechanical strength can be improved. As a result, it is possible to prevent the grating portion from being broken or collapsed. In particular, the convex portion 126 can be prevented from falling. In FIG. 3, the holes 125 and the protrusions 126 of the concavo-convex pattern 121 are rectangular, but the shape is not limited to a rectangle, and any shape that functions as a diffraction grating such as a trapezoid or a sine wave shape may be used. .

樹脂層１２０の凹凸パターン１２１は、照射されたコヒーレント光に対して回折格子として機能する。凹凸パターン１２１を透過した光は、回折格子スケール１００から一定距離離れた平面上に、回折光による干渉縞を生成する。凹凸パターン１２１の凸部１２６先端の、凹部底面からの高さ（格子高さ）ｈ（図３）と、凸部１２６の幅（格子幅）Ｌ（図２）、及び凹凸の周期Ｐは、照射光の波長に対して０次透過光が小さくなるように設計されている。また、凹凸パターン１２１のアスペクト比Ｒは、Ｒ＝ｈ／Ｌと定義される。 The uneven pattern 121 of the resin layer 120 functions as a diffraction grating for the irradiated coherent light. The light transmitted through the concavo-convex pattern 121 generates interference fringes due to diffracted light on a plane separated from the diffraction grating scale 100 by a certain distance. The height (lattice height) h (FIG. 3) from the bottom surface of the concave portion 121 of the convex portion 126 of the concave / convex pattern 121, the width (lattice width) L (FIG. 2) of the convex portion 126, and the concave / convex period P are as follows: It is designed so that the zero-order transmitted light becomes smaller with respect to the wavelength of the irradiation light. Further, the aspect ratio R of the uneven pattern 121 is defined as R = h / L.

本実施形態では、樹脂層１２０の屈折率が、透明基板１１０の屈折率よりも大きくなるように材料を選択することとする。その理由を説明する。図５は、屈折率の異なる３種類の樹脂層１２０について、格子高さと０次透過光強度との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図５において、横軸は格子高さであり、縦軸は入射光に対する０次透過光強度の割合である。シミュレーションは、波長６５５ｎｍの光を入射させた場合について行った。回折効率の計算は、ＲＣＷＡ（Rigorous Coupled Wave Analysis：厳密結合波解析）法により行った。 In the present embodiment, the material is selected so that the refractive index of the resin layer 120 is larger than the refractive index of the transparent substrate 110. The reason will be explained. FIG. 5 is a diagram showing the results of simulating the relationship between the grating height and the zero-order transmitted light intensity for three types of resin layers 120 having different refractive indexes. In FIG. 5, the horizontal axis represents the grating height, and the vertical axis represents the ratio of the 0th-order transmitted light intensity to the incident light. The simulation was performed when light having a wavelength of 655 nm was incident. The calculation of the diffraction efficiency was performed by the RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) method.

凹凸パターン１２１の格子高さをｈ、格子幅をＬ、凹凸の周期をＰ、透明基板１１０の屈折率をｎ１、樹脂層１２０の屈折率をｎ２とする。シミュレーションでは、Ｌ＝２００ｎｍ、Ｐ＝４００ｎｍ、ｎ１＝１．４６の場合において、４種類の屈折率ｎ２について、格子高さｈを変化させて０次透過光強度を計算した。格子高さｈは、０ｎｍから１０００ｎｍ（１μｍ）まで、５０ｎｍ刻みで変化させた。ｎ２は、１．４７、１．５、１．６、１．８の４種類についてシミュレーションを行った。 The grating height of the concavo-convex pattern 121 is h, the grating width is L, the period of the concavo-convex is P, the refractive index of the transparent substrate 110 is n1, and the refractive index of the resin layer 120 is n2. In the simulation, in the case of L = 200 nm, P = 400 nm, and n1 = 1.46, the 0th-order transmitted light intensity was calculated by changing the grating height h for four types of refractive index n2. The grating height h was changed from 0 nm to 1000 nm (1 μm) in increments of 50 nm. n2 was simulated for four types of 1.47, 1.5, 1.6, and 1.8.

入射光に対する０次透過光強度を最小にする場合の、透明基板１１０と樹脂層１２０との屈折率差Δｎと、格子高さｈの関係について考える。
ｎ２＝１．４７の場合に、０次透過光を最小にできる格子高さｈは、約８５０ｎｍ（０．８５μｍ）であり、アスペクト比はＲ＝４．２５である。このとき、樹脂層１２０と透明基板１１０との屈折率差Δｎ＝ｎ２−ｎ１＝０．０１である。
ｎ２＝１．５の場合に、０次透過光を最小にできる格子高さｈは、約８００ｎｍ（０．８０μｍ）であり、アスペクト比はＲ＝４．０である。このとき、Δｎ＝０．０４であり、Δｎ＝０．０１のときと比較して、格子高さｈを５０ｎｍ低くすることができる。 Consider the relationship between the refractive index difference Δn between the transparent substrate 110 and the resin layer 120 and the grating height h when the 0th-order transmitted light intensity with respect to incident light is minimized.
In the case of n2 = 1.47, the grating height h that can minimize the zero-order transmitted light is about 850 nm (0.85 μm), and the aspect ratio is R = 4.25. At this time, the refractive index difference Δn = n2−n1 = 0.01 between the resin layer 120 and the transparent substrate 110.
In the case of n2 = 1.5, the grating height h that can minimize the zero-order transmitted light is about 800 nm (0.80 μm), and the aspect ratio is R = 4.0. At this time, Δn = 0.04, and the lattice height h can be reduced by 50 nm compared to when Δn = 0.01.

ｎ２＝１．６の場合に、０次透過光を最小にできる格子高さｈは、約７００ｎｍ（０．７０μｍ）であり、アスペクト比はＲ＝３．５である。このとき、Δｎ＝０．１４であり、Δｎ＝０．０１のときと比較して、格子高さｈを１５０ｎｍ低くすることができる。
ｎ２＝１．８の場合に、０次透過光を最小にできる格子高さｈは、約６００ｎｍ（０．６０μｍ）であり、アスペクト比はＲ＝３．０である。このとき、Δｎ＝０．３４であり、Δｎ＝０．０１のときと比較して、格子高さｈを２５０ｎｍ低くすることができる。 In the case of n2 = 1.6, the grating height h that can minimize the 0th order transmitted light is about 700 nm (0.70 μm), and the aspect ratio is R = 3.5. At this time, Δn = 0.14, and the lattice height h can be lowered by 150 nm compared to when Δn = 0.01.
When n2 = 1.8, the grating height h that can minimize the zero-order transmitted light is about 600 nm (0.60 μm), and the aspect ratio is R = 3.0. At this time, Δn = 0.34, and the lattice height h can be lowered by 250 nm compared to when Δn = 0.01.

０次透過光を最小とした状態で格子高さｈを小さくするには、Δｎ≧０．０４を満たすことが望ましい。さらに格子高さｈを小さくするには、Δｎ≧０．１を満たすことが望ましく、Δｎ≧０．１５を満たすことがより望ましい。 In order to reduce the grating height h while minimizing the 0th order transmitted light, it is desirable to satisfy Δn ≧ 0.04. In order to further reduce the lattice height h, it is desirable to satisfy Δn ≧ 0.1, and it is more desirable to satisfy Δn ≧ 0.15.

図６は、回折格子スケール１００における、ベース部１２４の厚さと０次透過光強度との関係を示す図である。樹脂層１２０の屈折率が１．５の場合及び１．６の場合に、ベース部１２４の厚さを変化させたときの０次透過光強度の変化をシミュレーションしている。図６（ａ）は、樹脂層１２０の屈折率ｎ２が１．５で、格子高さが８００ｎｍの場合、図６（ｂ）は、屈折率ｎ２が１．６で、格子高さが７００ｎｍの場合の０次透過光のシミュレーション結果を示す。格子高さは、０次透過光が最小になるように設定している。図６に示すように、０次透過光が最小となるように格子高さが最適化された条件下では、ベース部１２４の厚さを変化させても０次透過光はほとんど変化しない。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness of the base portion 124 and the 0th-order transmitted light intensity in the diffraction grating scale 100. When the refractive index of the resin layer 120 is 1.5 and 1.6, a change in the 0th-order transmitted light intensity when the thickness of the base portion 124 is changed is simulated. 6A shows a case where the refractive index n2 of the resin layer 120 is 1.5 and the grating height is 800 nm, and FIG. 6B shows that the refractive index n2 is 1.6 and the grating height is 700 nm. The simulation result of 0th order transmitted light in the case is shown. The grating height is set so that zero-order transmitted light is minimized. As shown in FIG. 6, under the condition that the grating height is optimized so that the 0th order transmitted light is minimized, the 0th order transmitted light hardly changes even if the thickness of the base portion 124 is changed.

図７〜図９を用いて、回折格子スケール１００の製造方法を説明する。回折格子スケール１００は、透明基板１１０上に樹脂層１２０を形成して、インプリント法により樹脂層１２０に凹凸パターン１２１を形成することにより作製される。図７〜図９は、回折格子スケール１００を図３と同じ断面から見た図である。 A method for manufacturing the diffraction grating scale 100 will be described with reference to FIGS. The diffraction grating scale 100 is manufactured by forming the resin layer 120 on the transparent substrate 110 and forming the uneven pattern 121 on the resin layer 120 by the imprint method. 7 to 9 are views of the diffraction grating scale 100 as seen from the same cross section as FIG.

まず、凹凸パターン１２１及びカバーガラス支持部１２３の形状のスタンパ６０１を作製しておく。スタンパ６０１は、例えば、凹凸パターン１２１及びカバーガラス支持部１２３の形状を、フォトリソグラフィで石英基板上に形成することや、この加工された石英基板をマスタとして樹脂等で複製することにより作製される。 First, the stamper 601 having the shape of the uneven pattern 121 and the cover glass support 123 is prepared. The stamper 601 is manufactured by, for example, forming the shapes of the concave / convex pattern 121 and the cover glass support 123 on a quartz substrate by photolithography, or replicating the processed quartz substrate with a resin or the like using the processed quartz substrate as a master. .

図７に示すように、スケールの形状に切り出された透明基板１１０の上に、液状の樹脂を流し込んで樹脂層１２０を形成する。次に、図８に示すように、液状の樹脂層１２０にスタンパ６０１を押し付ける。スタンパ６０１を樹脂層１２０に押し付けたまま、透明基板１１０側から紫外線を照射することにより、樹脂層１２０が硬化して凹凸パターン１２１及びカバーガラス支持部１２３が樹脂層１２０に形成される。そして、図９に示すように、樹脂層１２０が硬化した後に樹脂層１２０をスタンパ６０１から離型することにより、樹脂層１２０に凹凸パターン１２１及びカバーガラス支持部１２３が形成される。これは、樹脂層１２０として紫外線硬化型樹脂を用いた場合の例である。 As shown in FIG. 7, a resin layer 120 is formed by pouring a liquid resin on a transparent substrate 110 cut into a scale shape. Next, as shown in FIG. 8, the stamper 601 is pressed against the liquid resin layer 120. By irradiating ultraviolet rays from the transparent substrate 110 side while pressing the stamper 601 against the resin layer 120, the resin layer 120 is cured and the uneven pattern 121 and the cover glass support portion 123 are formed on the resin layer 120. Then, as shown in FIG. 9, after the resin layer 120 is cured, the resin layer 120 is released from the stamper 601, whereby the concave / convex pattern 121 and the cover glass support portion 123 are formed on the resin layer 120. This is an example when an ultraviolet curable resin is used as the resin layer 120.

次に、透明基板１１０とカバーガラス１３０とを接着する。図１０及び図１１は、回折格子スケール１００を図４と同じ断面から見た図である。まず、図１０に示すように、カバーガラス支持部１２３の外側に、カバーガラス支持部１２３より上に届くように接着剤１４０を塗布する。そして、図１１に示すように、カバーガラス支持部１２３の先端面にカバーガラス１３０を当接して、接着剤１４０とカバーガラス１３０を接触させる。この状態で透明基板１１０側から紫外線を照射することにより接着剤１４０が固化し、透明基板１１０とカバーガラス１３０とが接着される。 Next, the transparent substrate 110 and the cover glass 130 are bonded. 10 and 11 are views of the diffraction grating scale 100 as seen from the same cross section as FIG. First, as shown in FIG. 10, the adhesive 140 is applied to the outside of the cover glass support part 123 so as to reach above the cover glass support part 123. Then, as shown in FIG. 11, the cover glass 130 is brought into contact with the front end surface of the cover glass support portion 123 to bring the adhesive 140 and the cover glass 130 into contact with each other. In this state, the adhesive 140 is solidified by irradiating ultraviolet rays from the transparent substrate 110 side, and the transparent substrate 110 and the cover glass 130 are bonded.

本実施形態により、次の効果を奏する。 According to the present embodiment, the following effects are obtained.

（１）本実施形態では、透明基板１１０と樹脂層１２０との屈折率差Δｎが大きくなるようにする。これにより、０次透過光が最小となる格子高さを低くすることができる。格子高さが低い方が、格子が倒れにくくなるため、回折格子の機械的な強度は向上し、インプリント法による加工も容易となる。 (1) In this embodiment, the refractive index difference Δn between the transparent substrate 110 and the resin layer 120 is increased. Thereby, the grating height at which the zero-order transmitted light is minimized can be reduced. When the grating height is lower, the grating is less likely to collapse, so that the mechanical strength of the diffraction grating is improved and processing by the imprint method is facilitated.

（２）凹凸パターン１２１とカバーガラス支持部１２３とが樹脂層１２０に一体形成されている。このため、インプリント法を用いて、凹凸パターン１２１とカバーガラス支持部１２３とを樹脂層１２０に同時に形成できる。工程を減らすことができるので、回折格子スケールの製造コストを削減できる。 (2) The concave / convex pattern 121 and the cover glass support portion 123 are integrally formed with the resin layer 120. For this reason, the uneven | corrugated pattern 121 and the cover glass support part 123 can be simultaneously formed in the resin layer 120 using the imprint method. Since the number of processes can be reduced, the manufacturing cost of the diffraction grating scale can be reduced.

（３）カバーガラス支持部１２３の高さによって、カバーガラス１３０の位置を規定できる。凹凸パターン１２１とカバーガラス１３０との間隔を設計通りに規制できるので、エンコーダ出力をより安定化できる。 (3) The position of the cover glass 130 can be defined by the height of the cover glass support portion 123. Since the interval between the uneven pattern 121 and the cover glass 130 can be regulated as designed, the encoder output can be further stabilized.

（４）カバーガラス１３０を透明基板１１０に接着するときに、カバーガラス支持部１２３の外側に接着剤１４０を塗布する。カバーガラス支持部１２３が接着剤１４０をせき止めることにより、接着剤１４０が凹凸パターン１２１に流れ込むのを防げる。このため、接着剤１４０の凹凸パターン１２１への付着を防止することができる。 (4) When the cover glass 130 is bonded to the transparent substrate 110, the adhesive 140 is applied to the outside of the cover glass support portion 123. The cover glass support portion 123 blocks the adhesive 140, thereby preventing the adhesive 140 from flowing into the concavo-convex pattern 121. For this reason, adhesion of the adhesive 140 to the uneven pattern 121 can be prevented.

（変形例）
実施形態１にかかる回折格子スケール１００には、種々の変形例が考えられる。
図１２に示すように、カバーガラス支持部１２３の先端面に接着剤１４０を薄く塗布して、カバーガラス支持部１２３とカバーガラス１３０とを接着してもよい。 (Modification)
Various modifications can be considered for the diffraction grating scale 100 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 12, the cover glass support 123 and the cover glass 130 may be bonded by thinly applying an adhesive 140 to the tip surface of the cover glass support 123.

さらに、カバーガラス支持部１２３の表面に、高さ規定に影響を与えない範囲で微細凹凸構造が設けられていてもよい。微細凹凸構造はインプリント用マスタ表面へのレーザ照射やブラスト処理など種々の方法で作成できる。カバーガラス支持部１２３の表面を荒らすことで、アンカー効果により接着性が向上する。逆に、カバーガラス１３０の表面を荒らしても、アンカー効果による接着性の向上が期待できる。また、カバーガラス支持部１２３の表面に、蒸着等により、例えば接合強度をより強くするための金属薄膜が形成されていてもよい。 Furthermore, a fine concavo-convex structure may be provided on the surface of the cover glass support portion 123 within a range that does not affect the height regulation. The fine concavo-convex structure can be formed by various methods such as laser irradiation or blasting on the imprint master surface. By roughening the surface of the cover glass support 123, the adhesion is improved by the anchor effect. On the other hand, even if the surface of the cover glass 130 is roughened, an improvement in adhesion due to the anchor effect can be expected. In addition, a metal thin film for increasing the bonding strength, for example, may be formed on the surface of the cover glass support 123 by vapor deposition or the like.

他方、カバーガラス支持部１２３の先端面に両面テープなどのテープ状接着材料を付着することにより、カバーガラス支持部１２３とカバーガラス１３０とを固定してもよい。また、カバーガラス支持部１２３とカバーガラス１３０とをレーザ溶着することにより固定してもよい。レーザ溶着によれば、接着剤１４０や両面テープなどのテープ状接着材料を用いる場合に比べて、幅の狭い接着領域でも比較的容易にカバーガラス支持部１２３とカバーガラス１３０とを固定できる。 On the other hand, the cover glass support part 123 and the cover glass 130 may be fixed by attaching a tape-like adhesive material such as a double-sided tape to the tip surface of the cover glass support part 123. Further, the cover glass support 123 and the cover glass 130 may be fixed by laser welding. According to the laser welding, the cover glass support 123 and the cover glass 130 can be fixed relatively easily even in a narrow adhesive region as compared with the case where a tape-like adhesive material such as the adhesive 140 or the double-sided tape is used.

上記実施形態においては、カバーガラス支持部１２３を壁状の構造とするにあたっては、部分的に低くしたり、部分的に孔をあけてもよい。凹凸パターン１２１とカバーガラス１３０との間には、パーティクル等の異物が入りにくくする必要がある。その一方で、凹凸パターン１２１とカバーガラス１３０との隙間が密閉状態になると、隙間内部の空気中の水分による結露が温度変化等により発生するおそれがある。カバーガラス支持部１２３の構造を変えることにより、必要に応じて凹凸パターン１２１とカバーガラス１３０との隙間を、換気構造としたり密閉構造としたりできる。 In the said embodiment, in making the cover glass support part 123 into a wall-shaped structure, you may make it partially low or may make a hole partially. It is necessary to make it difficult for foreign matters such as particles to enter between the uneven pattern 121 and the cover glass 130. On the other hand, when the gap between the concave / convex pattern 121 and the cover glass 130 is in a sealed state, condensation due to moisture in the air inside the gap may occur due to a temperature change or the like. By changing the structure of the cover glass support portion 123, the gap between the uneven pattern 121 and the cover glass 130 can be a ventilation structure or a sealed structure as necessary.

回折格子スケール１００（図２及び図４を参照）においては、側壁１２２とカバーガラス支持部１２３との間にスケール幅方向の隙間があるが、側壁１２２とカバーガラス支持部１２３とが隣接していてもよいし、側壁１２２とカバーガラス支持部１２３とが一体に形成されていてもよい。また、側壁１２２がカバーガラス支持部１２３を兼ねていてもよい。 In the diffraction grating scale 100 (see FIGS. 2 and 4), there is a gap in the scale width direction between the side wall 122 and the cover glass support portion 123, but the side wall 122 and the cover glass support portion 123 are adjacent to each other. Alternatively, the side wall 122 and the cover glass support portion 123 may be integrally formed. Further, the side wall 122 may also serve as the cover glass support portion 123.

[実施の形態２]
本発明にかかる回折格子スケールは、透過型スケールに限定されるものではなく、反射型スケールであってもよい。
図１３及び図１４を用いて、本発明の実施の形態２にかかる回折格子スケール１３００の構造を説明する。図１３は、回折格子スケール１３００の構成を示す斜視図である。図１４は、回折格子スケール１３００の測長方向の断面図である。図１３では、わかりやすいようにカバーガラスを外した状態の図としている。 [Embodiment 2]
The diffraction grating scale according to the present invention is not limited to the transmission type scale, and may be a reflection type scale.
The structure of the diffraction grating scale 1300 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the diffraction grating scale 1300. FIG. 14 is a cross-sectional view of the diffraction grating scale 1300 in the length measuring direction. In FIG. 13, the cover glass is removed for easy understanding.

回折格子スケール１３００の構造は、回折格子スケール１００とほぼ同じであるが、樹脂層１２０に形成された凹凸パターン１２１上に金属薄膜１３０１が蒸着等により成膜されている。金属薄膜１３０１としては、例えば、金、銀、アルミニウム、クロム、金属シリサイド等を用いることができる。金属薄膜１３０１は、単層でもよいし、薄膜を複数積層したものでもよい。金属薄膜１３０１は、通常、樹脂層１２０上全面に成膜するが、凹凸パターン１２１上だけに成膜して、側壁１２２上には成膜しない形態を妨げるものではない。また、反射型スケールの場合は、透明基板１１０に代えてセラミック基板などの光を透過しない基板材料を用いることもできる。 The structure of the diffraction grating scale 1300 is substantially the same as that of the diffraction grating scale 100, but a metal thin film 1301 is formed on the concavo-convex pattern 121 formed on the resin layer 120 by vapor deposition or the like. As the metal thin film 1301, for example, gold, silver, aluminum, chromium, metal silicide, or the like can be used. The metal thin film 1301 may be a single layer or a stack of a plurality of thin films. The metal thin film 1301 is usually formed on the entire surface of the resin layer 120, but it does not interfere with the form in which the metal thin film 1301 is formed only on the uneven pattern 121 and not formed on the sidewall 122. In the case of a reflective scale, a substrate material that does not transmit light, such as a ceramic substrate, may be used instead of the transparent substrate 110.

[実施の形態３]
本発明にかかる回折格子スケールは、リニアスケールに限定されるものではなく、図１５及び図１６に示すように、ロータリーエンコーダ用スケールであってもよい。図１５は、回折格子スケール１５００の構成を示す斜視図である。図１６は、回折格子スケール１５００の構成を示す平面図である。図１５及び図１６では、わかりやすいようにカバーガラスを外した状態の図としている。 [Embodiment 3]
The diffraction grating scale according to the present invention is not limited to a linear scale, and may be a rotary encoder scale as shown in FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of the diffraction grating scale 1500. FIG. 16 is a plan view showing the configuration of the diffraction grating scale 1500. In FIGS. 15 and 16, the cover glass is removed for easy understanding.

回折格子スケール１５００は、回折格子スケール１００を円周に沿って曲げた形状をしている。すなわち、ドーナツ状の透明基板１１０上に樹脂層１２０が形成され、樹脂層１２０には凹凸パターン１２１とカバーガラス支持部１２３とが一体的に形成されている。
回折格子スケール１５００は、透過型スケールである場合について説明したが、反射型スケールであってもよい。 The diffraction grating scale 1500 has a shape obtained by bending the diffraction grating scale 100 along the circumference. That is, the resin layer 120 is formed on the donut-shaped transparent substrate 110, and the uneven pattern 121 and the cover glass support portion 123 are integrally formed on the resin layer 120.
Although the case where the diffraction grating scale 1500 is a transmissive scale has been described, it may be a reflective scale.

また、本発明にかかる回折格子スケールは、平面上に形成されるものに限定されるものではなく、図１７に示すように、曲面上に形成されるものであってもよい。図１７は、回折格子スケール１７００の構成を示す斜視図である。回折格子スケール１７００は、回折格子スケール１００が円柱の側面の曲面に沿って曲げられた形状をしている。回折格子スケール１７００では、カバーガラス１３０として、曲面と曲率が同じ形状のガラス又は曲げられる薄いガラスが用いられる。 Further, the diffraction grating scale according to the present invention is not limited to be formed on a plane, but may be formed on a curved surface as shown in FIG. FIG. 17 is a perspective view showing the configuration of the diffraction grating scale 1700. The diffraction grating scale 1700 has a shape in which the diffraction grating scale 100 is bent along the curved surface of the side surface of the cylinder. In the diffraction grating scale 1700, as the cover glass 130, glass having the same shape as a curved surface or curvature, or thin glass that can be bent is used.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、カバーガラス支持部１２３は壁状構造に限定されるものではなく、柱状構造であってもよい。少なくとも３本の柱があればカバーガラス１３０を支持することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the cover glass support part 123 is not limited to a wall-like structure, and may be a columnar structure. If there are at least three columns, the cover glass 130 can be supported.

また、カバーガラス支持部１２３は、カバーガラス１３０が透明基板１１０と平行に支持されるような態様に限定されるものではない。例えば、カバーガラス支持部１２３の一の側が他方の側より高くなっており、カバーガラス１３０が回折格子スケール１００の幅方向に一定の角度を持って傾けた状態で固定されていてもよい。この構成により、反射光の干渉による信号ノイズを低減できる。 Moreover, the cover glass support part 123 is not limited to an aspect in which the cover glass 130 is supported in parallel with the transparent substrate 110. For example, one side of the cover glass support portion 123 may be higher than the other side, and the cover glass 130 may be fixed in a state where the cover glass 130 is inclined at a certain angle in the width direction of the diffraction grating scale 100. With this configuration, signal noise due to interference of reflected light can be reduced.

さらにまた、樹脂層１２０の材料は、有機樹脂に限定されるものではなく、インプリント法に好適な材料であれば、ガラス等の無機材料や、樹脂に無機材料を混合したハイブリッド材料であってもよい。 Furthermore, the material of the resin layer 120 is not limited to an organic resin, and may be an inorganic material such as glass or a hybrid material in which an inorganic material is mixed with a resin as long as the material is suitable for the imprint method. Also good.

さらに、カバーガラス支持部１２３の上に支持されるのは、カバーガラス１３０に限定されるものではない。カバーガラス１３０の代わりに、透明なプラスチックフィルムを用いてもよい。カバーガラス支持部１２３の上に支持されるカバーガラス又はプラスチックフィルムの表面には、例えば、モスアイ構造のような微細構造が形成されていてもよい。微細構造を表面に形成することにより、反射防止効果等の機能を持たせることができる。 Furthermore, what is supported on the cover glass support part 123 is not limited to the cover glass 130. Instead of the cover glass 130, a transparent plastic film may be used. For example, a fine structure such as a moth-eye structure may be formed on the surface of the cover glass or plastic film supported on the cover glass support portion 123. By forming a fine structure on the surface, functions such as an antireflection effect can be provided.

１００、１３００、１５００、１７００回折格子スケール
１１０透明基板
１２０樹脂層
１２１凹凸パターン
１２２側壁
１２３カバーガラス支持部
１２４ベース部
１２５穴
１２６凸部
１３０カバーガラス
１４０接着剤
６０１スタンパ
１３０１金属薄膜 100, 1300, 1500, 1700 Diffraction grating scale 110 Transparent substrate 120 Resin layer 121 Uneven pattern 122 Side wall 123 Cover glass support part 124 Base part 125 Hole 126 Projection part 130 Cover glass 140 Adhesive 601 Stamper 1301 Metal thin film

Claims

A substrate,
A diffraction grating scale comprising a resin layer laminated on the substrate,
The resin layer is formed with a periodic uneven pattern along the length measuring direction,
When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2> n1
Meet,
Grating scale.

When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.04
The diffraction grating scale according to claim 1, wherein:

When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.1
The diffraction grating scale according to claim 1, wherein:

When the refractive index of the substrate is n1, and the refractive index of the resin layer is n2,
n2-n1 ≧ 0.15
The diffraction grating scale according to claim 1, wherein:

The resin layer is formed with the concavo-convex pattern in which holes and protrusions are repeated by periodically making holes,
The resin layer has side walls on both sides in a direction orthogonal to the length measuring direction, and the side walls connect the convex portions of the concave-convex pattern,
The diffraction grating scale of any one of Claims 1-4.

The height from the bottom of the concave portion of the convex portion tip of the concave / convex pattern is 700 nm or less,
The diffraction grating scale according to any one of claims 1 to 5.

The aspect ratio of the concavo-convex pattern is 3.5 or less,
The diffraction grating scale according to any one of claims 1 to 6.