JP7167455B2 - エンコーダー用光学式スケールおよび光学式エンコーダー - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダー用光学式スケールおよび光学式エンコーダーに関する。

位置情報を取得するために、反射型光学式エンコーダーが用いられている。反射型光学式エンコーダーは、反射型光学式スケールと、スケールに光を照射する光源と、スケールからの反射光を検出する光検出器と、を含む。

例えば特許文献１には、第１領域（高反射領域）と第２領域（低反射領域）とが交互に配置された反射型光学式スケールが記載されている。

特開２０１３－１０１００７号公報

しかしながら、特許文献１には、スケールの高反射領域および低反射領域ともに最表面は、酸化チタンで構成され、酸化チタンの屈折率は２．２５程度であることが記載されている。そのため、特許文献１に記載されたスケールでは、空気と酸化チタンとの屈折率差が大きく、光の入射角によっては、低反射領域でも強度の大きい光が反射される場合がある。これにより、高反射領域での反射光の強度と、低反射領域での反射光の強度と、の差が小さくなって、光検出器のＳＮ比が低下する。その結果、スケールの読み取りが難しくなり、エンコーダー特性が悪化する場合がある。

本発明に係るエンコーダー用光学式スケールの一態様は、
シリコン基板と、
前記シリコン基板上に設けられた積層体と、
前記積層体上に、周期的に設けられた複数の反射部材と、
を含み、
前記積層体は、
第１チタン層と、
前記第１チタン層上に設けられた第１酸化シリコン層と、
前記第１酸化シリコン層上に設けられた第２チタン層と、
前記第２チタン層上に設けられ、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の厚さの第２酸化シリコン層と、
を有し、
前記反射部材の反射率は、前記積層体の前記第２酸化シリコン層側における反射率よりも高い。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記反射部材は、前記第２酸化シリコン層上に設けられていてもよい。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記第２酸化シリコン層は、前記反射部材を覆っていてもよい。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記第２酸化シリコン層は、
前記第２チタン層上に設けられた第１層と、
前記第１層上に設けられた第２層と、
を有し、
前記反射部材は、前記第１層上に設けられ、
前記第２層は、前記反射部材を覆っていてもよい。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記第１チタン層の厚さは、４０ｎｍ以上であってもよい。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記第１酸化シリコン層の厚さは、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であってもよい。

前記エンコーダー用光学式スケールの一態様において、
前記第２酸化シリコン層の厚さは、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であってもよい。

本発明に係る光学式エンコーダーの一態様は、
前記エンコーダー用光学式スケールの一態様と、
前記エンコーダー用光学式スケールの一態様に光を照射する光源と、
前記エンコーダー用光学式スケールの一態様からの反射光を検出する光検出器と、
を含む、光学式エンコーダー。

前記光学式エンコーダーの一態様において、
前記エンコーダー用光学式スケールの一態様に対する前記光の入射角は、０°より大きく６５°以下であってもよい。

本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケールを模式的に示す断面図。 本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケールを模式的に示す平面図。 本実施形態の第１変形例に係るエンコーダー用光学式スケールを模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係るエンコーダー用光学式スケールを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る光学式エンコーダーを説明するための図。 入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 第１チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 第１酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 第２チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフ。 第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフ。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． エンコーダー用光学式スケール
まず、本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケールについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケール１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケール１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ－Ｉ線断面図である。

エンコーダー用光学式スケール１００（以下、「光学式スケール１００」ともいう）は、図１および図２に示すように、基板１０と、積層体２０と、反射部材３０と、を含む。

基板１０は、例えば、シリコン基板、ガラス基板、金属基板などであり、好ましくは、シリコン基板である。基板１０がシリコン基板の場合は、半導体プロセスを用いて、光学式スケール１００を製造することができる。

積層体２０は、基板１０上に設けられている。積層体２０は、例えば、バッファー層２１と、第１チタン層２２と、第１酸化シリコン層２４と、第２チタン層２６と、第２酸化シリコン層２８と、を有している。

バッファー層２１は、基板１０上に設けられている。バッファー層２１の厚さ（膜厚）は、例えば、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下である。バッファー層２１の材質は、例えば、酸化シリコンである。バッファー層２１は、上層の第１チタン層２２との密着性を上げるために有効であるが、バッファー層２１は、設けられていなくてもよい。バッファー層２１の厚さは、例えば、８０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。

第１チタン層２２は、バッファー層２１上に設けられている。第１チタン層２２は、バッファー層２１の基板１０側とは反対側に設けられている。第１チタン層２２の厚さＴ１は、例えば、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

第１酸化シリコン層２４は、第１チタン層２２上に設けられている。第１酸化シリコン層２４は、第１チタン層２２のバッファー層２１側とは反対側に設けられている。第１酸化シリコン層２４の厚さＴ２は、例えば、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、好ましくは１１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下である。

第２チタン層２６は、第１酸化シリコン層２４上に設けられている。第２チタン層２６は、第１酸化シリコン層２４の第１チタン層２２側とは反対側に設けられている。第２チタン層２６の厚さＴ３は、例えば、６ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、好ましくは７ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。チタン層２２，２６は、例えば、主成分がチタン（Ｔｉ）である層である。チタン層２２，２６は、チタン（Ｔｉ）からなる層であってもよい。チタンは、金属材料であり、消衰係数が大きく光を通し難い。さらに、チタンは、アルミニウムなどの材料に比べて、反射率が低い。そのため、チタンは、積層体２０を構成する材料として好適に用いることができる。

第２酸化シリコン層２８は、第２チタン層２６上に設けられている。第２酸化シリコン層２８は、第２チタン層２６の第１酸化シリコン層２４側とは反対側に設けられている。積層体２０の上面２０ａは、第２酸化シリコン層２８の上面である。第２酸化シリコン層２８の厚さＴ４は、例えば、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であり、好ましくは１００ｎｍ以上１２５ｎｍ以下であり、さらにより好ましくは１０５ｎｍ以上１２５ｎｍ以下である。酸化シリコン層２４，２８は、例えば、主成分が酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である層である。酸化シリコン層２４，２８は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる層であってもよい。

反射部材３０は、積層体２０上に設けられている。反射部材３０は、積層体２０の基板１０側とは反対側に設けられている。図示の例では、反射部材３０は、第２酸化シリコン層２８上に設けられている。

反射部材３０は、周期的に複数設けられている。反射部材３０の数は、特に限定されない。図２に示す例では、積層体２０の平面形状（第１チタン層２２と第１酸化シリコン層２４との積層方向からみた形状）は長方形であり、反射部材３０は、積層体２０の長手方向に沿って、周期的に設けられている。複数の反射部材３０は、例えば、等間隔で、積層体２０の長手方向に沿って、設けられている。反射部材３０の平面形状は、例えば、長方形である。

反射部材３０の材質は、例えば、金属である。具体的には、反射部材３０の材質は、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウムを主成分とした材料、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などである。

反射部材３０の反射率は、積層体２０の第２酸化シリコン層２８側における反射率よりも高い。積層体２０の第２酸化シリコン層２８側から入射する光に対して、平面視において反射部材３０と重なる領域は、高反射領域４０であり、平面視において隣り合う反射部材３０の間の領域は、低反射領域４２である。高反射領域４０の反射率は、低反射領域４２の反射率よりも高い。低反射領域４２の上面は、第２酸化シリコン層２８の上面である。エンコーダーは、高反射領域での反射光の強度と、低反射領域での反射光の強度と、の差に基づいて、スケールを読み取ることができる。なお、反射率は、例えば、公知の方法により測定される。

光学式スケール１００は、例えば、以下の特徴を有する。

光学式スケール１００では、積層体２０と、積層体２０上に、周期的に設けられた複数の反射部材３０と、を含み、積層体２０は、第１チタン層２２と、第１チタン層２２上に設けられた第１酸化シリコン層２４と、第１酸化シリコン層２４上に設けられた第２チタン層２６と、第２チタン層２６上に設けられた第２酸化シリコン層２８と、を有し、反射部材３０の反射率は、積層体２０の第２酸化シリコン層２８側における反射率よりも高い。そのため、光学式スケール１００では、平面において隣り合う反射部材３０の間の領域（低反射領域）４２の上面は、第２酸化シリコン層２８の上面である。ここで、酸化シリコン層の屈折率は、例えば、１．４６である。したがって、光学式スケール１００では、低反射領域４２の上面が酸化チタン（屈折率２．２５）の場合に比べて、低反射領域４２の上面と空気（屈折率１）との差を小さくすることができ、低反射領域４２の上面において光が反射されることを抑制することができる。よって、光学式スケール１００では、高反射領域４０での反射光の強度と、低反射領域４２での反射光の強度と、の差を大きくすることができる。

光学式スケール１００では、反射部材３０は、第２酸化シリコン層２８上に設けられている。そのため、光学式スケール１００では、反射部材３０上に第２酸化シリコン層２８が設けられていない。したがって、光学式スケール１００では、反射部材３０上に第２酸化シリコン層２８が設けられている場合に比べて、高反射領域４０での反射光の強度と、低反射領域４２での反射光の強度と、の差を大きくすることができる。

光学式スケール１００では、第１チタン層２２の厚さは、４０ｎｍ以上である。そのため、光学式スケール１００では、第１チタン層２２の厚さが上記の範囲外である場合に比べて、低反射領域４２における反射率を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

光学式スケール１００では、第１酸化シリコン層２４の厚さは、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である。そのため、光学式スケール１００では、第１酸化シリコン層２４の厚さが上記の範囲外である場合に比べて、低反射領域４２における反射率を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

光学式スケール１００では、第２チタン層２６の厚さは、６ｎｍ以上１２ｎｍ以下である。そのため、光学式スケール１００では、第２チタン層２６の厚さが上記の範囲外である場合に比べて、低反射領域４２における反射率を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

光学式スケール１００では、第２酸化シリコン層２８の厚さは、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である。そのため、光学式スケール１００では、第２酸化シリコン層２８の厚さが上記の範囲外である場合に比べて、低反射領域４２における反射率を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

２． エンコーダー用光学式スケールの製造方法
次に、本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケール１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、基板１０上に、バッファー層２１を形成する。バッファー層２１は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、熱酸化法などによって形成される。

次に、バッファー層２１上に、第１チタン層２２を形成する。第１チタン層２２は、例えば、スパッタ法などによって形成される。

次に、第１チタン層２２上に、第１酸化シリコン層２４を形成する。第１酸化シリコン層２４は、例えば、ＣＶＤ法などによって形成される。

次に、第１酸化シリコン層２４上に、第２チタン層２６を形成する。第２チタン層２６は、例えば、スパッタ法などによって形成される。例えばスパッタ法において成膜速度を小さくすることにより、厚さ１２ｎｍ以下であっても、膜状の第２チタン層２６を形成することができる。

次に、第２チタン層２６上に、第２酸化シリコン層２８を形成する。第２酸化シリコン層２８は、例えば、ＣＶＤ法などによって形成される。以上の工程により、積層体２０を形成することができる。

次に、第２酸化シリコン層２８上に、反射部材３０を形成する。具体的には、まず、第２酸化シリコン層２８上に、例えば、スパッタ法などにより、反射部材３０となる金属層（図示せず）を形成する。次に、金属層を、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングする。以上の工程により、反射部材３０を形成することができる。反射部材３０となる金属層の材質がチタンタングステンの場合は、過酸化水素水を用いて金属層をエッチングする。これにより、第２酸化シリコン層２８がエッチングされることを抑制しつつ、金属層をエッチングすることができる。反射部材３０となる金属層の材質がアルミニウムの場合は、リン酸を主成分とした薬液を用いて金属層をエッチングする。これにより、第２酸化シリコン層２８がエッチングされることを抑制しつつ、金属層をエッチングすることができる。

以上の工程により、エンコーダー用光学式スケール１００を製造することができる。

３． エンコーダー用光学式スケールの変形例
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係るエンコーダー用光学式スケールについて、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の第１変形例に係るエンコーダー用光学式スケール２００を模式的に示す断面図である。

以下、本実施形態の第１変形例に係るエンコーダー用光学式スケール２００において、上述した本実施形態に係るエンコーダー用光学式スケール１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す本実施形態の第２変形例に係るエンコーダー用光学式スケールにおいて、同様である。

上述した光学式スケール１００では、図１に示すように、反射部材３０は、第２酸化シリコン層２８上に設けられていた。これに対し、エンコーダー用光学式スケール２００（以下、「光学式スケール２００」ともいう）では、図３に示すように、反射部材３０は、第２チタン層２６上に設けられている。

光学式スケール２００では、第２酸化シリコン層２８は、反射部材３０を覆っている。第２酸化シリコン層２８は、反射部材３０上および第２チタン層２６上に設けられている。さらに、第２酸化シリコン層２８は、反射部材３０の側面に設けられている。

光学式スケール２００では、第２酸化シリコン層２８は反射部材３０を覆っているため、第２酸化シリコン層２８によって反射部材３０を保護することができる。例えば反射部材３０の材質がアルミニウムの場合、温度や湿度などの使用環境の変化に応じて、アルミニウムが経時的に腐食し、反射部材３０の反射率が低下する場合がある。そこで、第２酸化シリコン層２８によって反射部材３０を保護することにより、反射部材３０の反射率が低下することを抑制することができる。

なお、光学式スケール２００は、第１チタン層２２、第１酸化シリコン層２４、および第２チタン層２６をこの順で形成した後に、反射部材３０を形成し、次に、第２酸化シリコン層２８を形成することによって製造される。

３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係るエンコーダー用光学式スケールについて、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態の第２変形例に係るエンコーダー用光学式スケール３００を模式的に示す断面図である。

エンコーダー用光学式スケール３００（以下、「光学式スケール３００」ともいう）は、図４に示すように、第２酸化シリコン層２８が第１層２８ａおよび第２層２８ｂを有している点において、上述した光学式スケール１００と異なる。

第１層２８ａは、第２チタン層２６上に設けられている。第１層２８ａは、第２チタン層２６の第１酸化シリコン層２４側とは反対側に設けられている。第１層２８ａの厚さは、例えば、４５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であり、好ましくは８０ｎｍである。反射部材３０は、第１層２８ａ上に設けられている。

第２層２８ｂは、第１層２８ａ上に設けられている。第２層２８ｂは、第１層２８ａの第２チタン層２６側とは反対側に設けられている。第２層２８ｂは、反射部材３０を覆っている。第２層２８ｂは、反射部材３０上および第１層２８ａ上に設けられている。さらに、第２層２８ｂは、反射部材３０の側面に設けられている。第２層２８ｂの厚さは、例えば、３０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。

光学式スケール３００では、第２酸化シリコン層２８は、第２チタン層２６上に設けられた第１層２８ａと、第１層２８ａ上に設けられた第２層２８ｂと、を有し、反射部材３０は、第１層２８ａ上に設けられ、第２層２８ｂは、反射部材３０を覆っている。そのため、光学式スケール３００では、低反射領域４２における第２酸化シリコン層２８の厚さを確保しつつ、第２酸化シリコン層２８の反射部材３０上に設けられた部分（第１層２８ａ）を薄くすることができる。これにより、光学式スケール３００は、例えば光学式スケール２００よりも、高反射領域４０での反射光の強度と、低反射領域４２での反射光の強度と、の差を大きくすることができる。

なお、光学式スケール３００は、第１チタン層２２、第１酸化シリコン層２４、第２チタン層２６、および第１層２８ａをこの順で形成した後に、反射部材３０を形成し、次に、第２層２８ｂを形成することによって製造される。

４． 光学式エンコーダー
次に、本実施形態に係る光学式エンコーダーについて、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る光学式エンコーダー４００を説明するための図である。なお、図５では、互い直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

本発明に係る光学式エンコーダーは、本発明に係るエンコーダー用光学式スケールを含む。以下では、本発明に係るエンコーダー用光学式スケールとして光学式スケール１００を含む光学式エンコーダー４００について説明する。

光学式エンコーダー４００は、図５に示すように、光学式スケール１００と、光源４１０と、光検出器４２０と、を含む。なお、便宜上、図５では、光学式スケール１００を簡略化して図示している。

光学式スケール１００は、移動体２に設けられている。図示の例では、移動体２は、Ｘ軸方向に移動可能である。反射部材３０は、Ｘ軸方向に周期的に設けられている。高反射領域４０および低反射領域４２は、Ｘ軸方向に交互に配置されている。図示の例では、反射部材３０は、積層体２０の＋Ｚ軸方向側に設けられている。

光源４１０は、光学式スケール１００に光Ｌ１を照射する。光Ｌ１は、光学式スケール１００に入射する入射光である。図示の例では、光源４１０は、光学式スケール１００の＋Ｚ軸方向側に設けられている。光源４１０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザーなどである。光Ｌ１の波長は、例えば、５５０ｎｍ以上６５０ｎｍである。光学式スケール１００に対する光Ｌ１の入射角θは、例えば、０°より大きく６５°以下であり、好ましくは０°より大きく６０°以下である。入射角θは、例えば、積層体２０の下面の垂線Ｐと、光Ｌ１を射出する光源４１０の光射出面の垂線（図示せず）とがなす角度である。

光検出器４２０は、光学式スケール１００からの反射光Ｌ２を検出する。反射光Ｌ２は、光Ｌ１のうちの光学式スケール１００において反射した光である。光検出器４２０は、例えば、フォトダイオードなどである。

光学式エンコーダー４００では、光学式スケール１００からの反射光Ｌ２は、光検出器４２０において縞状の像を生成する。光検出器４２０は、光学式スケール１００の位置が側長方向（Ｘ軸方向）に移動することによって生じる縞状の像の位相変化を検出する。この検出された縞状の像の位相変化に基づいて、光学式スケール１００の位置の変位情報を処理し、移動体２の位置情報を取得することができる。

光学式エンコーダー４００は、例えば、以下の特徴を有する。

光学式エンコーダー４００では、高反射領域４０での反射光の強度と、低反射領域４２での反射光の強度と、の差を大きくすることができる光学式スケール１００を含む。そのため、光学式エンコーダー４００では、光検出器４２０のＳＮ比を高くすることができる。その結果、光学式エンコーダー４００では、光学式スケール１００の読み取りが容易であり、良好なエンコーダー特性を有することができる。さらにＳＮ比が高いことで、光源４１０からの光の強度が小さくても読み取りが容易であり、光学式エンコーダー４００全体の消費電力を下げることができる。

光学式エンコーダー４００では、光学式スケール１００に対する光Ｌ１の入射角θは、０°より大きく６５°以下である。そのため、光学式エンコーダー４００では、入射角θが上記の範囲外である場合に比べて、低反射領域４２における反射率を低くすることができる（詳細は後述する「実験例」参照）。

なお、光学式スケール１００は、光源４１０および光検出器４２０に対して、相対的に移動可能となるように設けられていればよい。例えば、図示はしないが、光学式スケール１００は固定され、光源４１０および光検出器４２０が移動体２に設けられてＸ軸方向に移動可能であってもよい。

５． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。

以下の実験例では、所定のモデルにおいて、光学シミュレーションによって反射率を計算した。

５．１． 入射角θの評価
第１チタン（Ｔｉ）層、第１酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層、第２チタン（Ｔｉ）層、および第２酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を、この順で形成させたモデル（実験例１に係るモデル）を作製した。第１チタン層の厚さを９０ｎｍ、第１酸化シリコン層の厚さを１２０．６ｎｍ、第２チタン層の厚さを８．１４ｎｍ、および第２酸化シリコン層の厚さを１１２．４ｎｍとした。このようなモデルにおいて、入射角θを変化させた場合の反射率を計算した。図６は、入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフである。図６の横軸は、モデルに入射する入射光の波長である。

なお、実験例１に係るモデルは、上述した低反射領域４２に相当するため、反射率は低い方が好ましい。具体的には、実験例１に係るモデルの反射率は、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。例えば、高反射領域の反射率が８０％であった場合には、高反射領域での反射光の強度Ｉ_Ａと、低反射領域での反射光の強度Ｉ_Ｂと、の比（Ｉ_Ａ／Ｉ_Ｂ）は、モデルの反射率が５％の場合で１６倍、モデルの反射率が３％の場合で２６．７倍となり、良好なエンコーダー特性を有することができる。このことは、以下に示す実験例２に係るモデルにおいて、同様である。

図６に示すように、入射角θが７０°の場合では、いずれの波長でも、反射率は５％より高かった。入射角θが０°より大きく６５°以下の場合では、波長が５５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となった。

図７は、入射光の波長が６３２ｎｍにおいて、入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフである。図７より、入射角θが６５°以下であれば、反射率を５％以下にできることがわかった。さらに、入射角θが６０°以下であれば、反射率を３％以下にできることがわかった。

したがって、入射角θを、０°より大きく６５°以下、好ましくは０°より大きく６０°以下とすることにより、低反射領域における反射率を低くできることがわかった。

ここで、図８は、実験例１に係るモデルにおいて、入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフであり、図６とは、縦軸の範囲および入射角θの値が異なる。図９は、実験例３に係るモデルにおいて、入射角θを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

実験例３に係るモデルは、Ｔｉ層（厚さ９０ｎｍ）、Ａｌ_２Ｏ_３層（厚さ９７．０３ｎｍ）、Ｔｉ層（厚さ１０．２８ｎｍ）、Ａｌ_２Ｏ_３層（厚さ９２．５６ｎｍ）を、この順で形成させたモデルである。

図８および図９より、ＳｉＯ_２層を用いた実験例１のモデルの方が、Ａｌ_２Ｏ_３層を用いた実験例３に係るモデルよりも反射率が低いことがわかった。

５．２． 第１チタン層の厚さの評価
シリコン基板上に、バッファー層（ＳｉＯ_２）を形成し、バッファー層上に、第１チタン（Ｔｉ）層、第１酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層、第２チタン（Ｔｉ）層、および第２酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を、この順で形成させたモデル（実験例２に係るモデル）を作製した。バッファー層の厚さを１００ｎｍとした。第１酸化シリコン層の厚さ、第２チタン層の厚さ、および第２酸化シリコン層の厚さを、上記の実験例１に係るモデルと同じとした。このようなモデルにおいて、第１チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を計算した。図１０は、第１チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

なお、入射光の波長を、６３３ｎｍとした。入射光の波長については、後述する「５．３． 第１酸化シリコン層の厚さの評価」「５．４． 第２チタン層の厚さの評価」、「５．５． 第２酸化シリコン層の厚さの評価」、および「５．６． 第１変形例に係る光学式スケールに対応するモデルの評価」において、同様である。

図１０に示すように、第１チタン層の厚さが４０ｎｍより小さいと、反射率が急激に高くなった。これは、入射光の一部が第１チタン層を透過して、バッファー層およびシリコン基板に入射したためである。第１チタン層の厚さが４０ｎｍ以上であると、反射率は、ほぼ一定となった。

したがって、第１チタン層の厚さを、４０ｎｍ以上とすることにより、低反射領域における反射率を低くできることがわかった。

５．３． 第１酸化シリコン層の厚さの評価
上記の実験例２に係るモデルにおいて、第１チタン層の厚さを９０ｎｍとし、第１酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を計算した。図１１は、第１酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

図１１に示すように、入射角θが６０°以下の場合では、第１酸化シリコン層の厚さが１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲で、反射率は３％以下となった。入射角θが６５°の場合では、第１酸化シリコン層の厚さが１１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となった。

したがって、第１酸化シリコン層の厚さを、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ、好ましくは１１０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下とすることにより、低反射領域における反射率を低くできることがわかった。

５．４． 第２チタン層の厚さの評価
上記の実験例２に係るモデルにおいて、第１チタン層の厚さを９０ｎｍとし、第２チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を計算した。図１２は、第２チタン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

図１２に示すように、入射角θが６０°以下の場合では、第２チタン層の厚さが６ｎｍ以上１２ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となり、さらに、第２チタン層の厚さが７ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲で、反射率は３％以下となった。入射角θが６５°の場合では、第２チタン層の厚さが７ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となった。

したがって、第２チタン層の厚さを、６ｎｍ以上１２ｎｍ、好ましくは７ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることにより、低反射領域における反射率を低くできることがわかった。

５．５． 第２酸化シリコン層の厚さの評価
上記の実験例２に係るモデルにおいて、第１チタン層の厚さを９０ｎｍとし、第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を計算した。図１３は、第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

図１３に示すように、入射角θが６０°以下の場合では、第２酸化シリコン層の厚さが８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となり、さらに、第２酸化シリコン層の厚さが１００ｎｍ以上１２５ｎｍ以下の範囲で、反射率は３％以下となった。入射角θが６５°の場合では、第２酸化シリコン層の厚さが１０５ｎｍ以上１２５ｎｍ以下の範囲で、反射率は５％以下となった。

したがって、第２酸化シリコン層の厚さを、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ以上１２５ｎｍ以下、より好ましくは１０５ｎｍ以上１２５ｎｍ以下とすることにより、低反射領域における反射率を低くできることがわかった。

５．６． 第１変形例に係る光学式スケールに対応するモデルの評価
シリコン基板上に、バッファー層（ＳｉＯ_２）を形成し、バッファー層上に、第１チタン（Ｔｉ）層、第１酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層、第２チタン（Ｔｉ）層、反射部材、および第２酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層を、この順で形成させて、図３で示した光学式スケール２００に対応するモデル（実験例４に係るモデル）を作成した。バッファー層の厚さを１００ｎｍとした。第１チタン層の厚さ、第１酸化シリコン層の厚さ、および第２チタン層の厚さを、上記の実験例１に係るモデルと同じとした。反射部材の材質を、アルミニウムとした。このようなモデルにおいて、第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を計算した。図１４は、第２酸化シリコン層の厚さを変化させた場合の反射率を示すグラフである。

なお、光は、平面視において反射部材と重なる位置に入射させた。したがって、図１４では、反射率が高いほど好ましい。

アルミニウムの反射率は８５％以上９０％以下であり、反射部材上に第２酸化シリコン層を形成すると反射率は低下するが、図１４より、第２酸化シリコン層の範囲が８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲で、８０％の反射率を確保できることがわかった。

５．７． 第２変形例に係る光学式スケールの評価
第２変形例に係る光学式スケール３００においては、第２酸化シリコン層２８は、第１層２８ａおよび第２層２８ｂを有している。第２層２８ｂは、反射部材３０上に設けられており、反射部材３０の経時的な腐食等による反射率の低下を抑制することができる。反射率の低下を抑制する上で第２酸化シリコン層の第２層２８ｂの厚さは、３０ｎｍ以上であることが好ましい。さらに、反射部材３０の反射率は、できる限り高い方が好ましく、例えば、８５％以上の反射率が得られればさらによい。図１４より８５％以上の反射率が得られるためには、４０ｎｍ以下であることが好ましい。以上の点から、第２酸化シリコン層２８の第２層２８ｂの厚さは、３０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。低反射領域４２に求められる、第２酸化シリコン層２８の厚さは、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である点から、第２酸化シリコン層２８の第１層２８ａの厚さは、４５ｎｍ以上１１０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…移動体、１０…基板、２０…積層体、２０ａ…上面、２１…バッファー層、２２…第１チタン層、２４…第１酸化シリコン層、２６…第２チタン層、２８…第２酸化シリコン層、２８ａ…第１層、２８ｂ…第２層、３０…反射部材、４０…高反射領域、４２…低反射領域、１００，２００，３００…エンコーダー用光学式スケール、４００…光学式エンコーダー、４１０…光源、４２０…光検出器

Claims (8)

1. シリコン基板と、
   前記シリコン基板上に設けられた積層体と、
   前記積層体上に、周期的に設けられた複数の反射部材と、
   を含み、
   前記積層体は、
   第１チタン層と、
   前記第１チタン層上に設けられた第１酸化シリコン層と、
   前記第１酸化シリコン層上に設けられた第２チタン層と、
   前記第２チタン層上に設けられ、８５ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の厚さの第２酸化シリコン層と、
   を有し、
   前記反射部材の反射率は、前記積層体の前記第２酸化シリコン層側における反射率よりも高い、エンコーダー用光学式スケール。
2. 請求項１において、
   前記反射部材は、前記第２酸化シリコン層上に設けられている、エンコーダー用光学式スケール。
3. 請求項１において、
   前記第２酸化シリコン層は、前記反射部材を覆っている、エンコーダー用光学式スケール。
4. 請求項１において、
   前記第２酸化シリコン層は、
   前記第２チタン層上に設けられた第１層と、
   前記第１層上に設けられた第２層と、
   を有し、
   前記反射部材は、前記第１層上に設けられ、
   前記第２層は、前記反射部材を覆っている、エンコーダー用光学式スケール。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記第１チタン層の厚さは、４０ｎｍ以上である、エンコーダー用光学式スケール。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記第１酸化シリコン層の厚さは、１００ｎｍ以上１４０ｎｍ以下である、エンコーダー用光学式スケール。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンコーダー用光学式スケールと、
   前記エンコーダー用光学式スケールに光を照射する光源と、
   前記エンコーダー用光学式スケールからの反射光を検出する光検出器と、
   を含む、光学式エンコーダー。
8. 請求項７において、
   前記エンコーダー用光学式スケールに対する前記光の入射角は、０°より大きく６５°以下である、光学式エンコーダー。

Images