JP4416544B2 - 光学式変位測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、三格子型の光学式変位測定装置に関する。

従来から直線変位や角度変位等の精密な測定に、エンコーダのような変位測定装置が利用されている。変位測定装置の方式には、光学式、電磁誘導式、静電容量式等がある。このうち光学式エンコーダは、例えば、光学格子が設けられたスケール及びこのスケール上を移動可能なセンサヘッドを備える。センサヘッドには、スケールと対向して配置されると共に光学格子が設けられた光透過性基板と、発光ダイオードを有する光源部と、フォトダイオードを有する受光部と、が含まれる。

発光ダイオードを点灯させた状態でセンサヘッドを移動させると、スケールに設けられた光学格子と光透過性基板に設けられた光学格子とにより光の明暗パターンが生成される。この明暗パターンをフォトダイオードで検出して電気信号に変換し、この信号を基にして変位量を算出する。

上述したエンコーダは、スケールに設けられた光学格子と光透過性基板に設けられた光学格子とを用いる、いわゆる二格子型である。二格子型では、スケールの光学格子と光透過性基板の光学格子とのギャップ（光学格子間のギャップ）が小さいほど、光の拡散等の影響が小さいのでエンコーダの分解能が向上する。しかし、光学格子間のギャップが小さくなると（例えば１０〜５０μｍ）、スケールと光透過性基板との位置合わせのための調整が難しくなる（アライメント特性が悪い）ので、エンコーダの組み立てに手間がかかる。また、光学格子間のギャップを小さくするといっても限界がある。

一方、例えば特許文献１に開示されたいわゆる三格子型は、光源部とスケールとの間にさらに別の光学格子（第１光学格子）が配置されている。光源部からの光は第１光学格子で回折され、この回折光がスケールに設けられた光学格子（第２光学格子）で回折される。これにより生成された干渉縞が第３光学格子を介して受光部で受光される。この干渉縞の強度分布は、光学格子間のギャップ（第１光学格子と第２光学格子とのギャップ、第３光学格子と第２光学格子とのギャップ）に依存しないことが知られている。このため、三格子型は二格子型よりも光学格子間のギャップを大きくすることができる。よって、三格子型によれば二格子型に比べて、上記位置合わせのための調整が容易となる（アライメント特性がよい）。

なお、特許文献２には、所定の間隔でスリットが配置されたコード板と発光源との間に、マスクが配置された光学式エンコーダが開示されている。マスクには開口部が形成されている。この開口部はアパーチャとして機能するものであり、回折格子ではない。したがって、このエンコーダは本明細書でいう三格子型に該当しない。
特開２００３-２７９３８３号公報（図９） 特開平５-８７５９４号公報（図１）

光学格子間のギャップを大きくできても、このギャップの設計値からのズレの許容量が小さいと、位置合わせのための調整が難しくなる（アライメント特性が悪い）。

本発明は、アライメント特性を向上させることが可能な三格子型の光学式変位測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学式変位測定装置は、平行光を出す光源部と、前記光源部から出された平行光を拡散する光拡散部と、前記光拡散部で拡散された光を回折する第１光学格子と、前記第１光学格子で回折された光を回折する第２光学格子が前記第１光学格子と対向するように設けられているスケールと、前記第２光学格子で回折された光が入射する第３光学格子が前記第２光学格子と対向するように設けられていると共に前記光源部、前記光拡散部及び前記第１光学格子と一緒に前記スケールに対して相対移動可能な受光部と、を備えており、前記光拡散部は、前記第１光学格子の前記光源部側の面上に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る光学式変位測定装置によれば、光源部から出された平行光を拡散する光拡散部を備え、ここで拡散された光が第１光学格子に入射するようにしている。したがって、光学格子間のギャップの設計値からのズレの許容量を大きくすることができる。なお、光拡散部は光拡散板を含む構成でもよいし、プリズムを含む構成でもよい。

本発明に係る光学式変位測定装置において、前記スケールの一方の面側で前記第１及び第３光学格子を支持する光透過性基板を備え、前記第１光学格子と前記第２光学格子とのギャップ及び前記第３光学格子と前記第２光学格子とのギャップが１．５ｍｍ以下である、ようにすることができる。これは反射型の光学式変位測定装置に本発明を適用した例である。

本発明に係る光学式変位測定装置において、前記受光部を含むと共にフリップチップボンディングにより前記光透過性基板に取り付けられた半導体チップと、前記半導体チップと前記光透過性基板との隙間を充填すると共に前記光拡散部を前記光透過性基板に固定するアンダーフィル材と、を備えるようにすることができる。

これによれば、半導体チップと光透過性基板との隙間にアンダーフィル材を充填する工程において、光拡散部を光透過性基板に固定できるので、光学式変位測定装置の製造工程を簡略化できる。

本発明に係る光学式変位測定装置によれば、光学格子間のギャップの設計値からのズレの許容量を大きくすることができるため、光学式変位測定装置を組み立てる際の位置合わせのための調整が容易となる（アライメント特性が良い）。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る光学式変位測定装置について説明する。図において、既に説明した図中の符号で示すものと同一のものについては、同一符号を付すことにより説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光学式変位測定装置１の原理を示す断面図である。装置１の具体例としては、例えばリニヤスケールのような光学式エンコーダが挙げられる。本実施形態は、三格子型において、光源部と第１光学格子との間に光拡散部を配置したことを主な特徴としている。

まず、光学式変位測定装置１の構成を説明する。装置１は、スケール３とセンサヘッド５とにより構成される。スケール３はガラス等の透明材料から構成される長尺状の透明基板７を含み、図１にはその一部が表れている。透明基板７のセンサヘッド５側に向く面上に、回折格子である第２光学格子９が形成されている。第２光学格子９は複数の光反射部１１が所定のピッチ（例えば２０μｍ）を設けてリニヤ状に、かつ各光反射部１１が図面の奥行き方向に延びるように、配置されたものである。光反射部１１は金属（例えばクロム）などから構成される。スケール３の長手方向が測定軸Ｘとなる。

センサヘッド５はスケール３に対してエアギャップを設けて配置され、測定軸Ｘに沿って移動可能にされている。センサヘッド５は光源部１３を備える。光源部１３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１５と、発光ダイオード１５から出射された光Ｌ１をコリメートするコリメートレンズ１７と、を備える。これにより、光源部１３からは平行光Ｌ２が出される。この平行光Ｌ２が斜め方向からスケール３に照射されるように、光源部１３は配置されている。なお、発光ダイオード１５の替わりにレーザ（ＬＤ）を用いることもできる。

センサヘッド５は、光源部１３から出された平行光Ｌ２を拡散する光拡散部１９を備える。光拡散部１９は、ガラス、プラスチック等の透明材料で構成されている。光拡散部１９の形状は板状又はシート状であり、光源部１３からの平行光Ｌ２が照射される表面２１には、微細な凹凸が形成されている。これらの凹凸により平行光Ｌ２が拡散される。また、光拡散部１９の凹凸形状の寸法が光波長と同じオーダの場合には、より良い拡散を実現することができる。

センサヘッド５は、光拡散部１９とスケール３との間に、スケール３と対向配置された光透過性基板２３を備える。この基板２３はガラス等からなる。光透過性基板２３のスケール３と反対側の面上には、第２光学格子９と対向するように回折格子である第１光学格子２５が設けられている。第１光学格子２５は、複数の遮光部２７が第２光学格子９の光反射部１１と同じピッチでリニヤ状に、かつ各遮光部２７が図面の奥行き方向に延びるように、配置されたものである。遮光部２７の材料としては例えばクロムである。

光透過性基板２３の第１光学格子２５が設けられた面には、第２光学格子９と対向するように第３光学格子２９が設けられている。したがって、光透過性基板２３は、スケール３の一方の面側で第１及び第３光学格子２５，２９を支持していることになる。第３光学格子２９は、第１光学格子２５と同様の構造をしている。第３光学格子２９と対向するようにフォトダイオード３１が配置されている。フォトダイオード３１と第３光学格子２９とにより受光部３３が構成される。フォトダイオード３１の替わりにフォトトランジスタを用いることもできる。

光学式変位測定装置１は、スケール３を固定し、センサヘッド５を測定軸Ｘに沿って移動可能に構成されているが、その逆でも本実施形態を適用することができる。したがって、受光部３３は、光源部１３、光拡散部１９及び第１光学格子２５と一緒にスケール３に対して相対移動可能と言うことができる。

図１の光学式変位測定装置１は、スケール３の第２光学格子９で光を反射する反射型であるが、いわゆる透過型（スケールの第２光学格子で光を透過する）にも、本実施形態を適用することができる。図２は、本実施形態に係る透過型の光学式変位測定装置３５の原理を示す断面図であり、図１と対応する。

図２の装置３５が図１の装置１と相違する点を説明する。装置３５の光源部１３、光拡散部１９及び第１光学格子２５がスケール３の一方の面側に配置され、受光部３３がスケール３の他方の面側に配置されている。また、装置３５の光源部１３から出た平行光が垂直方向からスケール３に照射されるように、光源部１３が配置されている。

次に、受光部３３の構成について図３を用いて詳細に説明する。図３は受光部３３の分解斜視図である。第３光学格子２９は四つあり、第３光学格子２９ａの位相空間を０度とすると、第３光学格子２９ｂの位相空間が９０度、第３光学格子２９ａａの位相空間が１８０度、第３光学格子２９ｂｂの位相空間が２７０度となるように、これらの格子のピッチが規定されている。

四つの第３光学格子２９と対応するように、フォトダイオード３１も四つ設けられている。フォトダイオード３１ａが第３光学格子２９ａと対向し、フォトダイオード３１ｂ（３１ａａ，３１ｂｂ）が第３光学格子２９ｂ（２９ａａ，２９ｂｂ）と対向している。フォトダイオード３１は、ｐ型シリコン基板３７と、その表面（光透過性基板２３側の表面）に形成されたｎ型不純物領域３９と、で構成される。

次に、図１に示す光学式変位測定装置１の測定動作について説明する。光源部１３から平行光Ｌ２が出された状態で、センサヘッド５を測定軸Ｘに沿ってスケール３上を移動させることにより、変位の測定が実行される。平行光Ｌ２は光拡散部１９に入射し、ここで拡散されて光Ｌ３となる。光Ｌ３は第１光学格子２５に照射され、ここで回折されて光Ｌ４となる。光Ｌ４は第２光学格子９に照射される。この照射された光Ｌ４は回折され、反射光Ｌ５としてセンサヘッド５に向かう。なお、スケール３に垂直な線を基準にすると、光Ｌ４，Ｌ５は共に角度θが４５°になるように調整されている。

反射光Ｌ５は、第３光学格子２９の面上において干渉縞を生成する。その干渉縞は、図３に示す第３光学格子２９ａに入射してからフォトダイオード３１ａで受光される。ここで光電変換され、ダイオード３１ａから電気信号が出力される。この信号を出力信号φａと表す。同様に、第３光学格子２９ｂ（２９ａａ，２９ｂｂ）に入射してからフォトダイオード３１ｂ（３１ａａ，３１ｂｂ）で受光された反射光Ｌ５により、ダイオード３１ｂ（３１ａａ，３１ｂｂ）から電気信号が出力される。この信号を出力信号φｂ（φａａ，φｂｂ）と表す。

出力信号φａはａ相（０度）の信号である。出力信号φｂはａ相より９０度だけ位相がずれたｂ相（９０度）の信号であり、出力信号φａａはａ相より１８０度だけ位相がずれたａａ相（１８０度）の信号であり、出力信号φｂｂはａ相より２７０度だけ位相がずれたｂｂ相（２７０度）の信号である。出力信号φａ，φｂ，φａａ，φｂｂを合成処理や内挿処理等して生成されたパルスの数をカウントすることにより、変位量が求められる。

ａ相及びｂ相の信号を利用するのは、先に検出されるのがａ相かｂ相かによって、センサヘッド５の移動方向が往き方向か戻り方向かを判断するためである。また、ａ相やｂ相以外にこれらを反転させた、ａａ相やｂｂ相を利用するのは、ａ相やｂ相の信号に含まれる直流成分の除去、並びに、信号の信頼性及び高速追従性の確保のためである。

さて、本実施形態は、図１及び図２に示すように、光源部１３と第１光学格子２５との間に光拡散部１９を配置したことを主な特徴とする。これにより生じる効果を説明する。この効果の理解のために、スケールのうねりにより発生する問題、光学格子間のギャップ（第１光学格子と第２光学格子とのギャップ及び第３光学格子と第２光学格子とのギャップ）が小さくなることにより発生する問題から説明する。

まず、スケールのうねりにより発生する問題について説明する。図４は本実施形態におけるスケールとセンサヘッドの位置関係を示す図である。スケール３にうねりがあると、スケール３の第２光学格子で反射される反射光Ｌ５の角度がスケール３上の位置によって異なる。これは、スケール３上におけるセンサヘッド５の位置検出にズレが発生することを意味する。具体的に説明すると、スケール３上の点Ｑ１，Ｑ３ではズレが発生していないが、点Ｑ２ではプラス、点Ｑ４ではマイナスにズレが発生している。このようなズレは、精密な変位測定の妨げとなる。

図４には、スケール３とセンサヘッド５とのギャップ、つまり光学格子間のギャップがＧ１の場合と、Ｇ１より小さいＧ２の場合とが表されている。これらから分かるように、光学格子間のギャップを小さくすれば、上記ズレを小さくできる。

しかし、光学格子間のギャップを小さくすれば、出力信号の振幅変化率の変動が大きくなる問題が生じることについて説明する。振幅変化率とは、設計上の設定されたギャップ（図５のグラフでは０．７ｍｍ）における出力信号を１００％とし、ギャップが変わることによる出力信号の変化の割合である。図５は、光拡散部１９が配置されていない場合（比較形態）のフォトダイオード３１ａから出力された出力信号φａの振幅変化率を示すグラフである。出力信号φｂ，φａａ，φｂｂも同様のグラフとなり、出力信号φａを代表にして説明する。

縦軸は出力信号φａの振幅変化率（％）を示している。横軸は図１に示すようにスケール３と光透過性基板２３とのギャップＧ（ｍｍ）である。光透過性基板２３の厚みは０．５ｍｍなので、光学格子間のギャップ、つまり、第１光学格子２５（第３光学格子２９）と第２光学格子９とのギャップはＧ（ｍｍ）＋０．５ｍｍとなる。

ギャップＧが１．０ｍｍ（光学格子間のギャップが１．５ｍｍ）より大きいと、出力信号φａの振幅変化率の変動を抑制できる。これに対して、ギャップＧが１．０ｍｍ以下になると、出力信号φａの振幅変化率が比較的大きく変動する。出力信号φａの振幅変化率が変われば、変位の測定値に誤差が生じることになる。したがって、光学格子間のギャップを二格子型の場合に比べて大きくできても、このギャップの設計値からのズレの許容範囲が狭いので、位置合わせのための調整が難しい（アライメント特性が悪い）。

出力信号φａの振幅変化率が比較的大きく変動するのは、±３次以上の高次回折光による干渉が原因と思われる。図６は、高次回折光による干渉を示す図である。平行光Ａが第１光学格子２５に入射することにより、０次回折光Ｂの他に±１次回折光や高次回折光（例えば±３次回折光Ｃ，Ｄ）が生じる。変位の測定には、０次回折光や±１次回折光が利用されるが、高次回折光は利用されない。

第１光学格子２５と第２光学格子９とのギャップが比較的大きいと、±３次回折光Ｃ，Ｄは第２光学格子９に入射することなく進む。これに対して、このギャップが比較的小さいと、＋３次回折光Ｃや−３次回折光Ｄは、第２光学格子９に入射し、ここで回折され、ある回折光が０次回折光Ｂの第３光学格子２９の入射点Ｐに入射することがある。これにより、０次回折光Ｂが干渉される。図５でギャップＧが１．０ｍｍ以下になると、出力信号の振幅変化率が比較的大きく変動するのは、高次回折光の干渉が原因と思われる。図６は透過型の三格子で説明したが、反射型の三格子でも同じことが言える。

したがって、三格子型では、ギャップＧを１．０ｍｍ（光学格子間のギャップを１．５ｍｍ）より大きくすれば、高次回折光の干渉がなくなり、出力信号の振幅変化率の変動を抑制できる。これは、ギャップの設計値からのズレの許容量を大きいことを意味し、光学式変位測定装置を組み立てる際の位置合わせのための調整が容易となる（アライメント特性が良い）。

しかし、光学格子間のギャップを大きくすれば、上述したスケールのうねりにより発生する問題が生じる。これに対して、本実施形態によれば、図７及び図８に示すように、ギャップＧを小さくしても（例えば１．０ｍｍ以下）、出力信号の振幅変化率の変動を抑制できる。図７及び図８は、本実施形態においてフォトダイオードから出力された出力信号φａの振幅変化率を示すグラフであり、図５と対応する。図７は光拡散部１９として光拡散板を用いた場合であり、図８は光拡散部１９としてプリズム（例えばプリズムシートのような液晶のバックライトの拡散シート）を用いた場合である。実線が本実施形態のデータであり、点線は図５の比較形態のデータを示している。

本実施形態では、光源部１３と第１光学格子２５との間に光拡散部１９を配置しているので、ギャップＧを小さく（１．０ｍｍ以下）しても、出力信号の振幅変化率の変動を抑制することができる。これは、以下の理由からだと思われる。

平行光は拡散光に比べて強度が高いので高次回折光が生じやすい。このため、図５で説明したように、光学格子間のギャップが小さくなると出力信号の振幅変化率の変動が大きくなる。これに対して、本実施形態のように、平行光を拡散させると、高次回折光の発生を抑制できるのである。つまり、光学式変位測定装置において、コヒーレントな光を出す発光素子（レーザや発光ダイオード）を使用した場合、受光部からの出力信号の振幅には、（ｎｐ^２／λ）周期の干渉特性が理論的に発生する。ここで、ｐはスケールの光学格子（第２光学格子）のピッチ、λは発光素子から出る光の波長、ｎは整数である。本実施形態ではレーザや発光ダイオードから出る光を光拡散部によりインコヒーレント化することにより、上記干渉特性を抑制しているのである。

なお、拡散光を出す光源部を用いれば、高次回折光の発生を抑制できるが、スケールに照射する光を集中できない。このため、変位の測定に必要な光量を得るために発光ダイオードの消費電流が増える問題が生じる。本実施形態のように、平行光を出す光源部＋光拡散部にすれば、発光ダイオードの消費電流を低くしつつ、高次回折光を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ギャップＧを小さく（例えば１．０ｍｍ以下、光学格子間のギャップに換算すれば１．５ｍｍ以下）しても、出力信号の振幅変化率の変動を抑制できる。したがって、光学格子間のギャップの設計値からのズレの許容範囲を大きくできるので、アライメント特性を良くすることができる。したがって、光学式変位測定装置の組み立て時間を短縮することができる。

ところで、図３に示す受光部３３は、第３光学格子２９とフォトダイオード３１とで構成されているが、本実施形態で用いることができる受光部の他の例を説明する。図９は受光部の他の例の断面図である。受光部４１では、各位相用のフォトダイオード３１を複数に分けて、同じ位相用のフォトダイオード３１が周期的に配列されるように、フォトダイオード３１を測定軸方向に沿ってアレイ状に並べた構成を有する。したがって、受光部４１では、フォトダイオード３１がφａ用、φｂ用、φａａ用、φｂｂ用、φａ用、φｂ用・・・に並べられている。これらのフォトダイオード３１の受光面４３は第３光学格子としての機能も有する。したがって、第３光学格子を別に設ける必要がない。

最後に、本実施形態で用いることができる光拡散部の具体例を説明する。図１０は、光拡散部の第１例としてビーム成形ディフューザを用いた場合の光モジュールの分解斜視図である。光モジュール４５は光透過性基板２３を備え、これはＣＯＧ(Chip On Glass)基板である。光透過性基板２３の表面４７には、第１光学格子２５（格子２５の構造は省略している）及び図示しない配線が形成されている。

第１光学格子２５の上に光拡散部１９が配置される。また、光透過性基板２３の表面４７には半導体チップ４９が配置される。半導体チップ４９は、図９に示す受光部４１及び受光部４１からの出力信号を増幅や合成等をする演算部５１を含む。表面４７に形成された配線はＦＰＣ配線５３と電気的に接続される。

図１１は光モジュール４５の組み立て工程を示す断面図である。まず、フリップチップボンディングにより、半導体チップ４９を光透過性基板２３に取り付ける（具体的には、受光部４１の受光面４３が光透過性基板２３側を向くように、半導体チップ４９のバンプ電極５５を光透過性基板２３の配線５７に接続する。）。そして、光拡散部１９を第１光学格子２５上に載置する。ノズル５９からアンダーフィル材６１を半導体チップ４９と光透過性基板２３との隙間に流し込む。アンダーフィル材６１は光拡散部１９と光透過性基板２３との隙間にも流れ込む。そして、アンダーフィル材６１を熱硬化する。以上により、半導体チップ４９と光透過性基板２３との隙間にアンダーフィル材６１が充填されると共に光拡散部１９が光透過性基板２３に固定される。

図１０及び図１１で説明したように、本実施形態によれば、半導体チップ４９と光透過性基板２３との隙間にアンダーフィル材６１を充填する工程と、光拡散部１９を光透過性基板２３に固定する工程とも同時にできるので、光モジュール４５、つまりは光学式変位測定装置の製造工程を簡略化できる。

光拡散部を第１光学格子２５上に成膜により形成してもよい。例えば、コーティング材料（例えば、シリコーン樹脂）に、ガラスビーズ或いは不透明なビーズ（例えば、シリコーンビーズ）を混ぜて撹拌したものを材料として成膜する。

また、図１２は光拡散部の第２例を示す図である。光拡散部６３はキャップ状を有しており、光拡散部６３が発光ダイオード１５に被せられる。光拡散部６３は接着剤やアンダーフィル材により発光ダイオード１５に固定する。光拡散部６３は、例えば真空注型で成形する。

図１３は光拡散部の第３例を示す図である。発光ダイオード１５のレンズに凹凸を形成し、これを光拡散部６５としている。凹凸はサンドブラスト等でレンズ表面を擦ることにより形成することができる。

本実施形態に係る反射型の光学式変位測定装置の原理を示す断面図である。 本実施形態に係る透過型の光学式変位測定装置の原理を示す断面図である。 本実施形態に係る受光部の一例の分解斜視図である。 本実施形態におけるスケールとセンサヘッドの位置関係を示す図である。 光拡散部が配置されていない場合（比較形態）におけるフォトダイオードからの出力信号の振幅変化率を示すグラフである。 比較形態における高次回折光による干渉を示す図である。 本実施形態におけるフォトダイオードからの出力信号の振幅変化率の一例を示すグラフである。 本実施形態におけるフォトダイオードからの出力信号の振幅変化率の他の例を示すグラフである。 本実施形態に係る受光部の他の例の断面図である。 本実施形態に係る光拡散部の第１例を含む光モジュールの分解斜視図である。 本実施形態に係る光モジュールの組み立ての一工程を示す図である。 本実施形態に係る光拡散部の第２例を示す図である。 本実施形態に係る光拡散部の第３例を示す図である。

符号の説明

１・・・光学式変位測定装置、３・・・スケール、５・・・センサヘッド、７・・・透明基板、９・・・第２光学格子、１１・・・光反射部、１３・・・光源部、１５・・・発光ダイオード、１７・・・コリメートレンズ、１９・・・光拡散部、２１・・・表面、２３・・・光透過性基板、２５・・・第１光学格子、２７・・・遮光部、２９，２９ａ，２９ｂ，２９ａａ，２９ｂｂ・・・第３光学格子、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ａａ，３１ｂｂ・・・フォトダイオード、３３・・・受光部、３５・・・光学式変位測定装置、３７・・・ｐ型シリコン基板、３９・・・ｎ型不純物領域、４１・・・受光部、４３・・・受光面、４５・・・光モジュール、４７・・・表面、４９・・・半導体チップ、５１・・・演算部、５３・・・ＦＰＣ配線、５５・・・バンプ電極、５７・・・配線、５９・・・ノズル、６１・・・アンダーフィル材、６３，６５・・・光拡散部、Ｘ・・・測定軸、Ｌ１・・・発光ダイオードから出射された光、Ｌ２・・・平行光、Ｌ３・・・光拡散部で拡散された光、Ｌ４・・・第１光学格子で回折された光、Ｌ５・・・反射光、θ・・・スケールに垂直な線を基準とした光Ｌ４，Ｌ５の角度、φａ，φｂ，φａａ，φｂｂ・・・出力信号、Ｇ・・・スケールと光透過性基板とのギャップ、Ｇ１，Ｇ２・・・光学格子間のギャップ、Ａ・・・平行光、Ｂ・・・０次回折光、Ｃ・・・＋３次回折光、Ｄ・・・−３次回折光、Ｐ・・・０次回折光の入射点、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４・・・スケール上の点

Claims (8)

1. 平行光を出す光源部と、
   前記光源部から出された平行光を拡散する光拡散部と、
   前記光拡散部で拡散された光を回折する第１光学格子と、
   前記第１光学格子で回折された光を回折する第２光学格子が前記第１光学格子と対向するように設けられているスケールと、
   前記第２光学格子で回折された光が入射する第３光学格子が前記第２光学格子と対向するように設けられていると共に前記光源部、前記光拡散部及び前記第１光学格子と一緒に前記スケールに対して相対移動可能な受光部と、
   を備え、
   前記光拡散部は、前記第１光学格子の前記光源部側の面上に配置されている
   ことを特徴とする光学式変位測定装置。
2. 前記光拡散部は光拡散板を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位測定装置。
3. 前記光拡散部は、前記第１光学格子上に不透明ビーズを混ぜた樹脂を成膜して形成されたものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位測定装置。
4. 前記光拡散部はプリズムを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位測定装置。
5. 前記受光部は、前記第３光学格子として機能する受光面をもった複数のフォトダイオードを前記スケールの測定軸方向に沿ってアレイ状かつ周期的に配置した半導体チップからなる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式変位測定装置。
6. 前記スケールの一方の面側で前記第１及び第３光学格子を支持する光透過性基板を備え、
   前記半導体チップは、前記光透過性基板の前記スケールに対向する面とは反対側の面上にフリップチップボンディングにより実装されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の光学式変位測定装置。
7. 前記第１光学格子は、前記光透過性基板の前記半導体チップ実装面と同一面上に配置され、
   前記複数のフォトダイオードは、前記第１光学格子で回折され前記第２光学格子で反射され回折された光を検出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光学式変位測定装置。
8. 前記半導体チップと前記光透過性基板との隙間を充填すると共に前記第１光学格子の前記光源部側の面上に配置された前記光拡散部を前記光透過性基板に固定するアンダーフィル材を備える
   ことを特徴とする請求項７に記載の光学式変位測定装置。

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