JP4713314B2 - 回折格子キャップ及びその製造方法、光ファイバ読み取りヘッド、並びに回折格子エンコーダ - Google Patents

Description

この発明は、光ファイバ読み取りヘッドを備えた変位検出光エンコーダに用いられる光ファイバの先端に取り付け可能な回折格子キャップ及びその製造方法、その回折格子キャップを備えた光ファイバ読み取りヘッド、並びに回折格子エンコーダに関する。

従来、この種の変位検出光エンコーダとして特許文献１に開示のものが知られている。この光エンコーダは、回折格子スケールおよび読み取りヘッドと、ロンキー格子またはホログラフと、光検出器アレイと、読み取りヘッド内に設けられた点光源とを備えている。点光源は、回折格子スケールの間隔に等しい間隔を有した干渉縞を生じさせ、干渉縞の光は、ロンキー格子またはホログラフを通して光検出器アレイに伝達される。光検出器アレイは、伝達された干渉縞光から４チャンネルの直角位相信号を求めるように配置されている。しかしながら、このエンコーダは、大型であり、様々な応用には使用不可能なサイズである。

また、特許文献２には、受信器として光ファイバを使用するシステムが開示されている。この文献によるシステムは、コード部材スケールと、光センサヘッドとを有している。この光センサヘッドは、１つの光ファイバ先端発光部と、コード部材測定軸に沿って近接して配置された２つの光ファイバ先端受光部とを備える。光センサヘッドは、２つの光ファイバ先端受光部間の位相差を調整するために回転（揺動）される。しかしながら、得られるエンコーダの精度は、良いものではない。

このような問題点を解決した技術が特許文献３に開示されている。この特許文献３には、複数の光ファイバ受信器チャンネルと、送信器チャンネルと、回折格子が形成された位相マスクで構成された光ファイバ読み取りヘッドを備える超小型の回折格子エンコーダが開示されている。
米国特許第５９０９２８３号明細書 特開昭６０−８９７１２号公報 特開２００４−５３６０５号公報

本発明は、上述した光ファイバ読み取りヘッドの組み立て作業において光ファイバに対する回折格子のアライメント作業を不要とした回折格子キャップを提供することを目的とする。

本発明の回折格子キャップは、光ファイバの先端に装着される光透過型の回折格子キャップであって、光透過型の回折格子部と、この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバの先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバの先端に対して位置決めする嵌合部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップは、複数の光ファイバからなる光ファイバ束の先端に装着される光透過型の回折格子キャップであって、前記各光ファイバに対応して設けられた互いに特定の空間的位相関係にある複数の透過型の回折格子からなる回折格子部と、この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバ束の先端外周部と嵌合して前記回折格子部を前記光ファイバ束の先端に対して位置決めする嵌合部とを備えたことを特徴とする。さらには、前記回折格子部を保持及び保護する保護層を更に備えたことが好ましい。

また、本発明に係る光ファイバ読み取りヘッドは、１又は複数の光ファイバと、この光ファイバの先端に装着される回折格子キャップとを備え、検出対象からの光を前記回折格子キャップを介して受光する光ファイバ読み取りヘッドであって、前記回折格子キャップは、光透過型の回折格子部と、この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバの先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバの先端に対して位置決めする嵌合部とを備えていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る回折格子エンコーダは、測定軸に沿って所定のピッチでスケール格子が形成されたスケールと、前記スケール格子上に照明スポットを形成するように先端から前記スケールに対して光を照射する光源用光ファイバと、 前記スケールからの反射光を先端部で受光すると共に前記光源用光ファイバと光ファイバ束を構成する複数の受信器用光ファイバと、前記光ファイバ束の先端に装着された回折格子キャップとを備え、少なくとも前記回折格子キャップが装着された前記光ファイバ束の先端が前記スケール格子に対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置され、前記スケールに光を照射してその反射光を前記回折格子キャップを介して受光する回折格子エンコーダであって、前記回折格子キャップは、光透過型の回折格子部と、この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバ束の先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバ束の先端に対して位置決めする嵌合部とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップの製造方法は、第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成するとともに前記第３の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第２の層まで達する掘り込み部を形成する工程と、前記基板の前記掘り込み部の側から前記第２の層をエッチングして前記第２の層の前記掘り込み部に対応する部分を除去する工程と、前記回折格子が形成された前記第１の層の上を保護層で覆う工程とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップの製造方法は、第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成する工程と、前記回折格子が形成された前記第１の層の上を保護層で覆う工程と、前記第３の層の側から、前記第３及び第２の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第１の層まで達する掘り込み部を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップの製造方法は、第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成するとともに前記第３の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第２の層まで達する掘り込み部を形成する工程と、前記回折格子が形成された前記第１の層の上に保護層を形成する工程と、前記基板の前記掘り込み部の側から前記第２の層をエッチングして前記第２の層の前記掘り込み部に対応する部分を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップの製造方法は、第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層の上に薄膜を形成する工程と、この薄膜に対してエッチングを施して回折格子を形成する工程と、前記回折格子が形成された薄膜の上に保護層を形成する工程と、前記第３の層の側から、前記第３及び第２の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第１の層まで達する掘り込み部を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る回折格子キャップの製造方法は、ガラス基板の一方の面に薄膜形成技術により回折格子を形成する工程と、半導体基板にエッチングにより光ファイバの先端が嵌合可能な貫通孔を形成する工程と、前記ガラス基板の前記回折格子が形成された面が前記半導体基板の貫通孔に臨むように、前記ガラス基板と前記半導体基板とを面方向に位置合わせして接合する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回折格子キャップは、光を回折する回折格子部と、その回折格子部を光ファイバの先端に対して位置決めする嵌合部とを備えているので、回折格子のアライメント作業を不要とした回折格子キャップを提供することが可能となる。さらには、製作工程が削減され、光ファイバ読み取りヘッド製作の低コスト化が図れる。

（第１実施形態） 以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る回折格子エンコーダ、その光ファイバ読み取りヘッド及び回折格子キャップを説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０を取り付けた回折格子エンコーダの斜視図であり、図２は図１の光ファイバ読み取りヘッド１００の平面図である。

図１に示すように、回折格子エンコーダは、光を照射するとともにその反射光を受光する光ファイバ読み取りヘッド１００と、そこから所定距離３０１だけ離れて設けられたスケール２００とを有する。

光ファイバ読み取りヘッド１００は、主として回折格子キャップ１１０と、回折格子キャップ１１０に嵌合される光ファイバ束１４０とから構成されている。光ファイバ束１４０は、一本の光源用光ファイバ１２０と、その周りに配置された６本の受信器用光ファイバ１３０とからなる。

図３は光ファイバ１２０，１３０を取り外した状態における図２のＡ−Ａ’断面図であり、図４は図２のＡ−Ａ’断面図である。回折格子キャップ１１０は、その中央部に光源用光ファイバ１２０からの光を透過可能なように開口１１１と、回折格子キャップ１１０の中央部以外の箇所には、スケール２００からの反射光を受信器用光ファイバ１３０に受光可能なように、縞構造のスリットを有する６角形状の回折格子部１１２と、回折格子部１１２の周縁部から中心軸方向に延びる円筒状に形成された嵌合部１１３とを有している。さらに、開口１１１及び回折格子部１１２の上面には、回折格子部１１２を保護するガラス等の光透過材からなる保護部１１４が配置されている。

回折格子部１１２は、図２に示すように開口１１１を中心として、その周りに配置された６つの三角形状の格子パタンからなり、各格子パタンが、各受信器用光ファイバ１３０と整合する位置に設けられて、それらの相対的な空間位相は各受信器用光ファイバ１３０に正対する位置において異なるように形成されている。

図５は、図３のＸ方向矢示図であり、図６は図４のＢ−Ｂ’断面図である。嵌合部１１３は、光源用光ファイバ１２０を中心として束ねた受信器用光ファイバ１３０の端部に嵌合可能なように構成されている。すなわち、図５及び図６に示すように、緊密パッキングされた光ファイバ束１４０の外径と適合するように、嵌合部１１３の内周横断面を６枚の花弁状に形成している。

光源用光ファイバ１２０の回折格子キャップ１１０とは反対側の末端には、例えば、ＬＥＤ等の光源が設けられており、受信器用光ファイバ１３０の回折格子キャップ１１０とは反対側の末端には、例えばＣＣＤ等の受信器が設けられている（図示略）。なお、この光源となる光は、レーザ光のように位相の揃った指向性の良い光が好ましい。

上記のように、開口１１１及び回折格子部１１２と、一体に形成された嵌合部１１３により、従来のような光ファイバ先端と回折格子とのアライメントを不要とする効果が生ずる。

再び、図１を参照する。スケール２００は、測定軸２０１に沿って配列され、照明スポット３０２内に測定軸２０１に直交して延びるバーを有している。すなわち、バーは、一定の周期に従って、測定軸２０１に沿って周期的に配置されている。

次に、上記のような構成を有する回折格子エンコーダの動作を説明する。光源用光ファイバ１２０は、光軸３０３を中心に広がる入射光３０４を放射する。この入射光３０４は、略単色光であり、波長λを有する。この入射光３０４は、スケール２００上に照明スポット３０２の範囲で照射され、光軸３０３を中心に広がる反射光３０５として反射される。反射された反射光３０５は、受信器用光ファイバ１３０の先端上で干渉縞を形成する。この干渉縞は、それぞれが測定軸２０１と直交して延びる明暗縞からなる画像である。この明暗縞は、測定軸２０１と平行な方向に周期構造となっている。このような構成から、所定距離３０１を維持しながら回折格子エンコーダ１００を移動させて干渉縞を検出することにより、その干渉縞に基づき光ファイバ読み取りヘッド１００とスケール２００との間に介在する物体の速度及び位置を検出することが可能である。

（第１実施形態の第１の製造工程） 次に、図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照して、本発明の一実施形態に係る回折格子キャップ１１０の第１の製造工程を説明する。以下、図７〜図１１においては、一箇所のみの製造工程を図示しているが、一枚の基板上の複数個所において同様の製造工程が行われているものとして説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、例えば、Ｓｉ層からなる第１層４０１ａ，その下にＳｉＯ_２からなる第２層４０１ｂ、さらにその下にＳｉ層からなる第３層４０１ｃを有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）からなる多層基板４０１を用意する。第１層４０１ａの厚さは、数１００ｎｍオーダから１０数μｍオーダまで必要に応じて選択する。

次に、図７（ｂ）に示すように第１層４０１ａおよび第３層４０１ｃの表面にフォトレジスト、酸化膜又は窒化膜等によりマスク４０２ａ，４０２ｂを形成する。この第１層４０１ａに形成されたマスク４０２ａのパタンは開口１１１及び回折格子部１１２を形成するものであり、第３層４０１ｃに形成されたマスク４０２ｂのパタンは光ファイバ束１４０に嵌合可能であるとともに回折格子部１１２に対向する位置に嵌合部１１３の内周面を規定する掘り込み部１１５を形成するものである。

続いて、図７（ｃ）に示すように第１層４０１ａ及び第３層４０１ｃに対しエッチングを行い、第１層４０１ａを貫通させて開口１１１及び回折格子部１１２を形成し、第３層４０１ｃが貫通されるように掘り込み部１１５を形成する。なお、以下、エッチングとは、ウェットエッチング、ドライエッチング又は反応性イオンエッチング等、好ましくは異方性エッチングを示す。この後、残存したマスク４０２ａ，４０２ｂを除去して次の工程に移行する。

そして、図７（ｄ）においては、第２層４０１ｂをエッチングして、第２層４０１ｂを貫通させて掘り込み部１１５をさらに深く延ばす。最後に、図７（ｅ）に示すように、第１層４０１ａ上にガラス等の保護部１１４を接合して、ダイサ等を用いて多層基板４０１から固片に切り出すことによって、第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０が製作される。例えば、ガラス（保護部１１４）とシリコン（第１層４０１ａ）との接合は両者の密着性に優れた陽極接合が望ましい。但し、陽極接合に使用可能なガラスの種類は限られ、光学特性も限定されるため、Ａｕ−Ｓｎ共晶結合やはんだ等を用いれば多種のガラスやその他の材料を用いることが可能となる。

上記工程により、第２層４０１ｂ及び第３層４０１ｃは、嵌合部１１３として機能し、第１層４０１ａは、開口１１１及び回折格子部１１２として機能する。この製造工程を用いれば、一枚の基板に一括製作が可能であるので、低コスト化が図れる。さらに、第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０の構造は、光ファイバ束１４０の先端に回折格子部１１２が直接接することができ、回折格子部１１２と光ファイバ束１４０と間の光散乱の影響を抑制できる。なお、第２層４０１ｂが残存している場合は、その厚さをより薄くすることによって光散乱の影響を低減できる。また、回折格子部１１２の厚さを数１００ｎｍオーダから１０数μｍのオーダまで任意に変えることができるため、光のコリメート効果等、必要に応じて種々の効果を付与できる。

（第１実施形態の第２の製造工程） 次に、図８（ａ）〜図８（ｅ）を参照して、本発明の第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０の第２の製造工程を説明する。

まず、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、ＳＯＩからなる多層基板４０１を用意して、上記第１の製造工程と同様に多層基板４０１の第１層４０１ａには開口１１１及び回折格子部１１２を形成するようにパタンされたマスク４０２ａが形成され、第３層４０１ｃには掘り込み部１１５を形成するようにパタンされたマスク４０２ｂが形成される。

次に、図８（ｃ）において、第１層４０１ａのみがエッチングにより除去され、開口１１１及び回折格子部１１２が形成される。続いて、マスク４０２ａが除去される。

そして、図８（ｄ）において、例えば、ガラス等からなる保護部１１４が第１層４０１ａ上に接合される。続いて、図８（ｅ）において第３層４０１ｃ及び第２層４０１ｂを貫通して掘り込み部１１５を形成し、マスク４０２ｂを除去する。最後に、ダイサ等を用いて多層基板４０１から固片に切り出すことによって、第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０が製作される。

上記工程により、第２層４０１ｂ及び第３層４０１ｃは、嵌合部１１３として機能し、第１層４０１ａは、開口１１１及び回折格子部１１２として機能する。この第２の製造工程によれば、第１層４０１ａに回折格子部１１２を形成した後、先に保護部１１４を接合し、第３層４０１ｃ及び第２層４０１ｂに掘り込み部１１５を形成している。したがって、第２の製造工程は、第１の製作工程と比べ、第１層４０１ａ，第３層４０１ｃと第２層４０１ｂの応力差による開口１１１及び回折格子部１１２の変形や破損を防ぐことが可能となり、多層基板４０１の第１層４０１ａと第２層４０１ｂの厚さをさらに自由に設定可能である。

（第２実施形態及びその製造工程） 次に、図９（ａ）〜図９（ｅ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ａ及びその製造工程について説明する。第２実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ａは、図９（ｅ）に示すように第１実施形態と異なり、回折格子部１１２の上面に保護部１１４を設けるのではなく、回折格子部１１２の上面と、さらに回折格子部１１２の間にエポキシやポリイミド等の樹脂からなる膜状に保護部１１４’が一体として形成されている。

次に、この第２実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ａの製造工程を説明する。まず、図９（ａ）において、上記第１実施形態の製造方法と同様に多層基板４０１を用意する。第１層４０１ａの厚さは、数１０ｎｍオーダから１０数μｍオーダまで必要に応じて選択する。

次に、図９（ｂ）において、その第１層４０１ａにマスク４０２ａを、第３層４０１ｃにマスク４０２ｂを形成する。続いて、図９（ｃ）において、第１層４０１ａ及び第３層４０１ｃにエッチングを施し、第１層４０１ａを貫通させて開口１１１及び回折格子部１１２を形成させ、第３層４０１ｃを貫通させて掘り込み部１１５を形成する。残存したマスク４０２ａ，４０２ｂは除去し、次に、図９（ｄ）に示すように、形成された開口１１１及び回折格子部１１２間の空隙及びその表面に、例えばエポキシやポリイミド等の樹脂からなる膜状の保護部１１４’を形成する。そして、図９（ｅ）において、第２層４０１ｂをエッチングし、ダイサ等を用いて多層基板４０１から固片に切り出すことによって、回折格子キャップ１１０Ａが製作される。なお、保護部１１４’を形成した後、第３層４０１ｃ及び第２層４０１ｂの加工を行ってもよい。この保護部１１４’は、光学特性に応じて多種多様な樹脂・酸化膜・窒化膜等としても良い。また、第２層４０１ｂがＳｉＯ_２層であれば、第２層４０１ｂを除去する工程を省くことも可能である。

なお、上記工程により、第２層４０１ｂ及び第３層４０１ｃは、嵌合部１１３として機能し、第１層４０１ａは、開口１１１及び回折格子部１１２としての機能を果たす。この第２に実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ａは、第１実施形態に係る回折格子キャップ１１０と同様に、第１層４０１ａの厚さは、数１００ｎｍオーダから１０数μｍオーダまで任意に変えることができるため、光のコリメート効果等、必要に応じて種々の効果を付与できる。また、保護部１１４’は、固体状の保護部１１４と異なり、膜状であることから、回折格子キャップ１１０Ａの先端部の厚さを低減可能である。

（第３実施形態及びその製造工程） 次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｂ及びその製造方法について説明する。上記の第１及び第２実施形態に係る回折格子キャップ１１０，１１０Ａは、主として可視領域の波長の光を受光可能な回折格子キャップであるが、第３実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｂは、主に、赤外線領域等を対象としている。即ち図１０（ｆ）に示すように、第１及び第２実施形態とは異なり、光ファイバ束１４０の先端である発光部及び受光部に対向する箇所であっても第１層４０１ａが形成されており、その第１層４０１ａの上に開口部１１１’及び回折格子部１１２’と、それら開口部１１１’及び回折格子部１１２’間の隙間及びその表面に膜状の保護部１１４’が形成されている。なお、この開口部１１１’及び回折格子部１１２’は、第１及び第２実施形態とは異なり、薄膜形状である。このような構成によって、第１層４０１ａがＳｉなど赤外線を透過する材料であれば、赤外領域の波長の光は第１層４０１ａを透過可能であり、受信器用光ファイバ１３０により検出することができる。

次に、この第３実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｂの製造方法について説明する。まず、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、多層基板４０１を用意し、その第１層４０１ａ上に非透過膜４０５を形成する。非透過膜４０５の材料は、赤外線を非透過なものであり、厚さ数ｎｍ程度で形成可能である。これは、例えばＦｅなどの蒸着により形成できる。さらに、非透過膜４０５にマスク４０２ａを、第３層４０１ｃにマスク４０２ｂを形成する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、第３層４０１ｃにエッチングを施し、マスク４０２ａを除去し、非透過膜４０５を貫通させて開口１１１’及び回折格子部１１２’が形成される。続いて、図１０（ｄ）に示すように、第１層４０１ａ及び非透過膜４０５上に保護部１１４’を形成する。そして、図１０（ｅ），図１０（ｆ）において、第３層４０１ｃ及び第２層４０１ｂにエッチングを施して掘り込み部１１５を形成し、マスク４０２ｂを除去し、ダイサ等を用いて多層基板４０１から固片に切り出すことによって、第３実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｂが製作される。

上記製造工程により、第１層４０１ａ、第２層４０１ｂ及び第３層４０１ｃは、嵌合部１１３として機能し、非透過膜４０５は、開口１１１’及び回折格子部１１２’として機能する。このように、第３実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｂは、第１層４０１ａを削る工程が必要なく、さらに簡便に製造することが可能である。また、膜状の保護部１１４’を使用していることから、先端部の厚さを低減可能である。さらには、保護部１１４’の下方には、第１層４０１ａが形成されたままであることから、第２実施形態の回折格子キャップ１１０Ａと比較して、第３実施形態の回折格子キャップ１１０Ｂの保護部１１４’の強度は高い。

（第４実施形態及びその製造工程） 次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｃ及びその製造工程について説明する。第４実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｃは、図１１（ｂ）に示すように第１実施形態と異なる箇所は、回折格子部１１２として保護部１１４の下方に被透過膜４０５を形成している点である。さらに、第１実施形態と異なる箇所は、製造工程がＳＯＩ基板等の多層基板４０１ではなく、Ｓｉ基板等の単層基板４０６を用いる点である。

次に、この第４実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｃの製造方法について説明する。まず、図１１（ａ）において、ガラス等の固体状の保護部１１４の下面に開口１１１’及び回折格子部１１２’がパタンニングされた厚さ数ｎｍ程度の非透過膜４０５を形成する。一方、保護部１１４とは別個に、光ファイバ束１４０を貫通可能な貫通孔４０６ａを有する単層基板４０６を製作する。

そして図１１（ｂ）に示すように、保護部１１４及び単層基板４０６を接合し、ダイサ等を用いて単層基板４０６から固片に切り出すことによって、第４実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｃを得る。例えば、これらの接合は、予め保護部１１４及び単層基板４０６のそれぞれに付された接合点を目安に接合すればよい。第１実施形態と同様に、例えば、ガラス（保護部１１４）とシリコン（単層基板４０６）との接合は両者の密着性に優れた陽極接合が望ましい。但し、陽極接合に使用可能なガラスの種類は限られ、光学特性も限定されるため、Ａｕ−Ｓｎ共晶結合やはんだ等を用いれば多種のガラスを用いることが可能となる。

この製造工程により、単層基板４０６は、嵌合部１１３として機能し、被透過膜４０５は、開口１１１’及び回折格子部１１２’として機能する。このように、第４実施形態に係る回折格子キャップ１１０Ｃは、Ｓｉ等の単層基板４０６とガラス等の保護部１１４を使用していることから、多層基板４０１を使用した第１乃至第３実施形態に比べ、安価に製造可能であり、その製造工程はさらに簡便である。

以上、発明の実施形態及びその製造方法を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。例えば、回折格子キャップは、１本の光源用光ファイバ１２０と、６本の受信器用光ファイバ１３０とを緊密パッキングした状態で嵌合する構成ではなく、１本以上の光源用光ファイバ１２０と、複数本の受信器用光ファイバ１３０とを嵌合可能であれば良い。また、図１２に示すように、回折格子部１１２のように６角形状である必要はなく、回折格子部１１２’’のように受信器用光ファイバ１３０の受光部に整合する位置に設けてあればよく、嵌合部１１３’’も回折格子キャップ１１０’’の縁に沿って一定の厚みで突出させるのみの構造であってもよい。図１２のような構造であれば、光ファイバ束１４０の先端の面と回折格子部１１２’’の面とのアライメントのみの決定となるが、アライメントを行う光ファイバの本数が限定されることはない。また、受光する光の波長に応じて、基板の材料を変更することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る回折格子と光ファイバの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子と光ファイバの平面図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子の図２のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子と光ファイバの図２のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子キャップの図３のＸ方向矢示図であるである。 本発明の第１実施形態に係る回折格子及び光ファイバの図４のＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子の第１の製造工程を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る回折格子の第２の製造工程を示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る回折格子及びその製造工程を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る回折格子及びその製造工程を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る回折格子及びその製造工程を示した断面図である。 本発明の他の実施形態に係る回折格子キャップの裏面図である。

符号の説明

１００…光ファイバ読み取りヘッド、１１０…回折格子キャップ、１１１…開口、１１２…回折格子部、１１３…嵌合部、１１４…保護部、１１５…掘り込み部、１２０…光源用光ファイバ、１３０…受信器用光ファイバ、４０１…多層基板、４０１ａ…第１層、４０１ｂ…第２層、４０１ｃ…第３層、４０２ａ，４０２ｂ…マスク、４０３…透過部、４０４…保護膜、４０５…非透過膜、４０６…単層基板、４０６ａ…貫通孔、２００…スケール。

Claims (10)

1. 光ファイバの先端に装着される光透過型の回折格子キャップであって、
   光透過型の回折格子部と、
   この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバの先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバの先端に対して位置決めする嵌合部と
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップ。
2. 複数の光ファイバからなる光ファイバ束の先端に装着される光透過型の回折格子キャップであって、
   前記各光ファイバに対応して設けられた互いに特定の空間的位相関係にある複数の透過型の回折格子からなる回折格子部と、
   この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバ束の先端外周部と嵌合して前記回折格子部を前記光ファイバ束の先端に対して位置決めする嵌合部と
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップ。
3. 前記回折格子部を保持及び保護する保護層を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の回折格子キャップ。
4. １又は複数の光ファイバと、
   この光ファイバの先端に装着される回折格子キャップと
   を備え、検出対象からの光を前記回折格子キャップを介して受光する光ファイバ読み取りヘッドであって、
   前記回折格子キャップは、
   光透過型の回折格子部と、
   この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバの先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバの先端に対して位置決めする嵌合部と
   を備えたことを特徴とする光ファイバ読み取りヘッド。
5. 測定軸に沿って所定のピッチでスケール格子が形成されたスケールと、
   前記スケール格子上に照明スポットを形成するように先端から前記スケールに対して光を照射する光源用光ファイバと、
   前記スケールからの反射光を先端部で受光すると共に前記光源用光ファイバと光ファイバ束を構成する複数の受信器用光ファイバと、
   前記光ファイバ束の先端に装着された回折格子キャップと
   を備え、少なくとも前記回折格子キャップが装着された前記光ファイバ束の先端が前記スケール格子に対して前記測定軸方向に相対移動可能に配置され、前記スケールに光を照射してその反射光を前記回折格子キャップを介して受光する回折格子エンコーダであって、
   前記回折格子キャップは、
   光透過型の回折格子部と、
   この回折格子部と一体的に設けられ前記光ファイバ束の先端外周部と嵌合し前記回折格子部を前記光ファイバ束の先端に対して位置決めする嵌合部と
   を備えたことを特徴とする回折格子エンコーダ。
6. 第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成するとともに前記第３の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第２の層まで達する掘り込み部を形成する工程と、
   前記基板の前記掘り込み部の側から前記第２の層をエッチングして前記第２の層の前記掘り込み部に対応する部分を除去する工程と、
   前記回折格子が形成された前記第１の層の上を保護層で覆う工程と
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップの製造方法。
7. 第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子が形成された前記第１の層の上を保護層で覆う工程と、
   前記第３の層の側から、前記第３及び第２の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第１の層まで達する掘り込み部を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップの製造方法。
8. 第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層に、エッチングにより前記第２の層まで達する回折格子を形成するとともに前記第３の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第２の層まで達する掘り込み部を形成する工程と、
   前記回折格子が形成された前記第１の層の上に保護層を形成する工程と、
   前記基板の前記掘り込み部の側から前記第２の層をエッチングして前記第２の層の前記掘り込み部に対応する部分を除去する工程と、
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップの製造方法。
9. 第１、第２及び第３の層からなる基板の前記第１の層の上に薄膜を形成する工程と、
   この薄膜に対してエッチングを施して回折格子を形成する工程と、
   前記回折格子が形成された薄膜の上に保護層を形成する工程と、
   前記第３の層の側から、前記第３及び第２の層に、エッチングにより光ファイバの先端が前記回折格子に対向する位置に嵌合可能な前記第１の層まで達する掘り込み部を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする回折格子キャップの製造方法。
10. ガラス基板の一方の面に薄膜形成技術により回折格子を形成する工程と、
    半導体基板にエッチングにより光ファイバの先端が嵌合可能な貫通孔を形成する工程と、
    前記ガラス基板の前記回折格子が形成された面が前記半導体基板の貫通孔に臨むように、前記ガラス基板と前記半導体基板とを面方向に位置合わせして接合する工程と
    を備えたことを特徴とする回折格子キャップの製造方法。

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