JP2003247864A - アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ - Google Patents

アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ

Info

Publication number
JP2003247864A
JP2003247864A JP2002050104A JP2002050104A JP2003247864A JP 2003247864 A JP2003247864 A JP 2003247864A JP 2002050104 A JP2002050104 A JP 2002050104A JP 2002050104 A JP2002050104 A JP 2002050104A JP 2003247864 A JP2003247864 A JP 2003247864A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scale
signal
absolute encoder
absolute
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002050104A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Tominaga
淳 富永
Osamu Kawatoko
修 川床
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2002050104A priority Critical patent/JP2003247864A/ja
Publication of JP2003247864A publication Critical patent/JP2003247864A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一トラックでアブソリュート信号を生成可
能なスケールを用いて、小型のアブソリュートエンコー
ダを実現する。 【解決手段】 スケール20上の目盛深さhを変えるこ
とにより起こる信号振幅の変化を長周期トラック信号と
し、短周期目盛から得られる位相信号と併せて使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、検出位置をアブソ
リュートデータとして出力するアブソリュートエンコー
ダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコ
ーダに係り、特に、単一トラックでアブソリュート信号
を生成可能なアブソリュートエンコーダ用スケール、そ
の製造方法及びアブソリュートエンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】工作機械の工具やテーブル等の機械可動
部の位置を検出するためのエンコーダには、インクリメ
ンタル型とアブソリュート型(絶対値型)の2つの方式
がある。
【0003】インクリメンタル型位置検出用エンコーダ
は、スケールと検出器の相対移動時に発生する周期的な
信号の繰り返し数や、その信号の内挿信号又はその合成
から移動変位を求める。
【0004】一方、アブソリュート型位置検出用エンコ
ーダでは、図1に示す如く、同一基板10上に形成され
た、異なる周期の信号又は異なった波形を発生し得る複
数のトラック11、12、13、14…から得られる信
号を、それぞれ、又は、何らかの方法で合成した信号を
取り出し、測定可能な範囲(レンジ)内の各位置で独自
の信号とし、検出を行なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前者のインクリメンタ
ル型位置検出エンコーダにおいては、電源を切断すると
機械可動部の現在位置が消失する。このため、電源投入
後、機械可動部を原点復帰させると共に、現在位置カウ
ンタの内容を0にクリアして、該機械可動部の現在位置
と現在位置カウンタの内容を一致させ、しかる後、位置
制御を行なうようにしていた。しかしながら、このよう
に電源投入後、その都度原点復帰させる方式は、操作が
煩雑になり、好ましくない。
【0006】これに対し、後者のアブソリュート型位置
検出用エンコーダによれば、電源が切断されても機械可
動部の現在位置が消失することがなく、電源投入後の原
点復帰動作が不要であり、直ちに位置制御が可能になる
という利点を有する。
【0007】しかしながら、アブソリュート型位置検出
用エンコーダにおいては、複数のトラック11、12、
13…を同一基板10上に設ける必要があるため、スケ
ール面積が増大し、エンコーダの小型化に関して不利で
あるという問題点を有していた。
【0008】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、単一トラックでアブソリュート信号
を生成可能とすることを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、アブソリュー
トエンコーダ用スケールにおいて、スケール上の目盛深
さ又は光学濃度を長手方向に変えることにより起こる信
号振幅の変化を長周期トラック信号とし、短周期目盛か
ら得られる位相信号と併せて使用することにより、前記
課題を解決したものである。
【0010】本発明は、又、支持体上に格子材料を成膜
し、該成膜後の格子材料表面にレジストを塗布し、所望
ピッチの目盛縞を、目盛毎にエネルギを変えて露光し、
現像工程を終了したレジストパターンをマスクにして、
格子材料をエッチングし、残ったレジストを剥離するこ
とを特徴とするアブソリュートエンコーダ用スケールの
製造方法を提供するものである。
【0011】本発明は、更に、前記のスケールを含むこ
とを特徴とするアブソリュートエンコーダを提供するも
のである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0013】本実施形態で用いられるスケール20の縦
断面図を図2に、平面図を図3に示す。このスケール2
0は、ガラス等の支持体22と、エッチング加工された
薄膜24で構成されている。
【0014】図3に示す如く、スケール幅方向に平行に
形成された目盛(位相格子)26のピッチpは一定であ
るが、格子深さhは、図2に示す如く、目盛を構成する
膜厚の範囲で、隣接する格子間では僅かに異なりつつ、
長手方向に順次変化している。
【0015】スケールの回折効率は、格子形状やエンコ
ーダの光源波長、偏波面格子周期やデューティ等に依存
するので、格子深さhの決定に際しては、格子深さに対
して回折効率が単調に変化するよう、各パラメータを選
択する。本実施形態では、格子形状を矩形としている。
【0016】前記スケール20は、例えば図4に示すよ
うなプロセスにより作成することができる。
【0017】即ち、まずステップ100で、支持体22
上に、金属薄膜24等の格子材料を、真空蒸着やスパッ
タリング等の方法で成膜する。
【0018】次いでステップ102で、成膜後の格子材
料表面にレジストを塗布する。レジストとしては、露光
の方法に応じて、光レジストや電子ビーム(EB)レジ
スト等を選択する。
【0019】次いでステップ104で、所定ピッチの格
子パターンを、パターン毎に露光エネルギを変えて露光
する。この工程で得られるレジスト溝の深さの違いが、
最終的な格子深さhに反映する。ここで露光エネルギを
変える方法としては、例えば光を用いたマスク露光の場
合には、格子毎に光透過率の異なるハーフトーンマスク
を使用したり、EB描画の場合は、境域ドーズ可変露光
により、格子毎にドーズ(露光エネルギ)を変更すれば
良い。
【0020】次いでステップ106で、現像工程を終了
したレジストパターンをマスクにして、深さ方向への異
方性が高いドライエッチング、例えばイオンエッチング
を金属薄膜等の格子材料に対して行なう。その結果、レ
ジスト膜厚を反映した段差を有した位相格子が形成され
る。なお、格子段差は、使用する格子材料とレジストと
の選択比による。
【0021】次いでステップ108で、残ったレジスト
を剥離することにより、図2に示したような位相格子を
有するスケールが完成する。
【0022】前記スケール20と光電センサを含む検出
器を用いて出力される信号の概念図を図5に示す。この
ように、スケールと検出器が相対移動するに従い、格子
ピッチによる繰り返し信号が得られると同時に、格子深
さにより振幅が変化する信号が得られる。
【0023】図2中に示す如く、移動方向を識別するた
めに90°位相差を設けられた2つの光電センサ28
A、28Bにより得られるA相(0°)信号、B相(90
°位相差)信号によるリサージュ軌跡を図6に示す。実
際には、S/Nの良好な範囲の信号を、後述する信号処
理回路を用いて、変位信号として得ることができる。
【0024】前記光電センサ28A、28Bの出力信号
から、位置情報を得るための信号処理回路の構成を図7
に示す。光電センサ28A、28Bからの2相出力信号
は、スケールの動きに対し空間的に90°の位相差を持
つ。片方の信号をA相信号、もう一方の信号をB相信号
と呼ぶ。
【0025】このA相信号とB相信号のA/D変換器3
0A、30BによるA/D変換後のデータをVa、Vb
とすると、MCU32内の振幅計算手段34では、次の
演算式で振幅Aを算出できる。
【0026】 A=√(Va2+Vb2) …(1)
【0027】又、位相計算手段36では次の演算式によ
り位相θを算出できる。
【0028】 θ=tan-1(Vb/Va) …(2)
【0029】但し、このままの計算では、θは−π/2
から+π/2までの値しか採らないので、Va、Vbの
大小関係によって、−πからπの位相を見出す。
【0030】絶対位相合成手段38では、位相θが2π
をまわったときの振幅Aの変化を、振幅Aに重み付けを
して、位相θと足すことで、図6に示したような、絶対
値(ABS)信号の位相情報を得る。
【0031】位相位置変換手段40では、2πを入力信
号ピッチλとして、位置情報に変換する。
【0032】なお、前記実施形態においては、本発明が
反射型スケールに適用されていたが、本発明の適用対象
はこれに限定されず、例えば透過光量が長手方向に変化
するよう、光学濃度が長手方向に変わるようにされたス
ケールを用いて、透過型スケールを実現することも可能
である。又、直線型スケールだけでなくロータリスケー
ルにも適用可能である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、単一トラックでアブソ
リュート信号が生成可能なスケールを実現することがで
きる。従って、このようなスケールを用いて、小型のア
ブソリュートエンコーダを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のアブソリュートエンコーダの一例の構成
を示すスケールの平面図
【図2】本発明に係るアブソリュートエンコーダ用スケ
ールの実施形態の構成を示す縦断面図
【図3】同じく平面図
【図4】本発明に係るアブソリュートエンコーダ用スケ
ールの製造手順を示す流れ図
【図5】前記スケールを用いたアブソリュートエンコー
ダの出力波形の一例を示すタイムチャート
【図6】同じくA相信号とB相信号により得られるリサ
ージュ軌跡を示す線図
【図7】前記実施形態において、エンコーダの出力信号
から位置情報を得るための信号処理回路の構成を示すブ
ロック図
【符号の説明】
20…スケール 22…支持体 24…薄膜 26…目盛(位相格子) 28A、28B…光電センサ(検出器) 32…MPU 34…振幅計算手段 36…位相計算手段 38…絶対位相合成手段 40…位相位置変換手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F103 BA32 BA43 CA02 CA03 CA04 DA04 DA09 DA11 DA12 EA02 EA04 EA05 EA15 EA18 EA19 EA20 EB01 EB11 EB32 EB33 ED27 FA01 FA06 FA08 FA12 FA18 2H097 AA03 BB01 CA16 CA17 LA20

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スケール上の目盛深さ又は光学濃度を長手
    方向に変えることにより起こる信号振幅の変化を長周期
    トラック信号とし、短周期目盛から得られる位相信号と
    併せて使用することを特徴とするアブソリュートエンコ
    ーダ用スケール。
  2. 【請求項2】支持体上に格子材料を成膜し、 該成膜後の格子材料表面にレジストを塗布し、 所望ピッチの目盛縞を、目盛毎にエネルギを変えて露光
    し、 現像工程を終了したレジストパターンをマスクにして、
    格子材料をエッチングし、 残ったレジストを剥離することを特徴とするアブソリュ
    ートエンコーダ用スケールの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載のスケールを含むことを特
    徴とするアブソリュートエンコーダ。
JP2002050104A 2002-02-26 2002-02-26 アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ Pending JP2003247864A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002050104A JP2003247864A (ja) 2002-02-26 2002-02-26 アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002050104A JP2003247864A (ja) 2002-02-26 2002-02-26 アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003247864A true JP2003247864A (ja) 2003-09-05

Family

ID=28662445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002050104A Pending JP2003247864A (ja) 2002-02-26 2002-02-26 アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003247864A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6970255B1 (en) * 2003-04-23 2005-11-29 Nanometrics Incorporated Encoder measurement based on layer thickness
JP2006084897A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Dainippon Printing Co Ltd 液晶表示装置用基板のパターンニング方法と液晶表示装置用基板、および液晶表示装置
WO2006070263A1 (en) * 2004-12-27 2006-07-06 Nokia Corporation Optoelectronic position determination system
JP2006214929A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Canon Inc 光学式エンコーダ
WO2011013773A1 (ja) * 2009-07-31 2011-02-03 オリンパス株式会社 光学式変位検出装置
JP2011107106A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Olympus Corp 光学式信号出力装置の信号処理装置及び光学式変位検出装置
JP2016507051A (ja) * 2013-01-15 2016-03-07 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company 測定スケール
JP2019113428A (ja) * 2017-12-25 2019-07-11 東日本旅客鉄道株式会社 風向測定装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6970255B1 (en) * 2003-04-23 2005-11-29 Nanometrics Incorporated Encoder measurement based on layer thickness
US7667186B2 (en) 2004-05-28 2010-02-23 Nokia Corporation Optoelectronic position determination system
JP2006084897A (ja) * 2004-09-17 2006-03-30 Dainippon Printing Co Ltd 液晶表示装置用基板のパターンニング方法と液晶表示装置用基板、および液晶表示装置
WO2006070263A1 (en) * 2004-12-27 2006-07-06 Nokia Corporation Optoelectronic position determination system
JP2006214929A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Canon Inc 光学式エンコーダ
WO2011013773A1 (ja) * 2009-07-31 2011-02-03 オリンパス株式会社 光学式変位検出装置
JP2011033464A (ja) * 2009-07-31 2011-02-17 Olympus Corp 光学式変位検出装置
US8610050B2 (en) 2009-07-31 2013-12-17 Olympus Corporation Optical displacement detection apparatus
JP2011107106A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Olympus Corp 光学式信号出力装置の信号処理装置及び光学式変位検出装置
JP2016507051A (ja) * 2013-01-15 2016-03-07 レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company 測定スケール
US9945697B2 (en) 2013-01-15 2018-04-17 Renishaw Plc Measurement scale with periodic nanostructure
JP2019113428A (ja) * 2017-12-25 2019-07-11 東日本旅客鉄道株式会社 風向測定装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1557701B1 (en) Photoelectric encoder and method of manufacturing scales
JP4453758B2 (ja) エンコーダ信号の位相補正回路
US20020179826A1 (en) Absolute position moire type encoder for use in a control system
EP2416126B1 (en) Absolute encoder
JP6400036B2 (ja) 位置検出装置、工作装置、および、露光装置
US9121733B2 (en) Position detecting apparatus, and lens apparatus, image reading apparatus, and image forming apparatus including the same
WO2005050137A2 (en) Absolute encoder employing concatenated, multi-bit, interpolated sub-encoders
JPS60243515A (ja) 光電的測定装置
JP2003247864A (ja) アブソリュートエンコーダ用スケール、その製造方法及びアブソリュートエンコーダ
Mao et al. Design and fabrication of crossed gratings with multiple zero-reference marks for planar encoders
JP2006178312A (ja) 表面反射型位相格子
JP4913345B2 (ja) 反射型光電式エンコーダ用スケール、スケールの製造方法及び光電式エンコーダ
JPH09113213A (ja) 高調波信号成分を濾波する装置
JP4358583B2 (ja) スケールの製造方法
JPH102761A (ja) 光電式エンコーダ
JP6440609B2 (ja) 位置検出装置、レンズ装置、撮像システム、工作装置、露光装置、位置検出方法、プログラム、記憶媒体
JP2006214929A (ja) 光学式エンコーダ
US20140299755A1 (en) Optical encoder
JP2004037341A (ja) 光電式エンコーダ及びスケールの製造方法
JP2003172639A (ja) 正弦波形状光学格子の製造方法
JP2003279383A (ja) 光学式エンコーダ
JP2001343256A (ja) 光学式エンコーダ
JP4291564B2 (ja) 変位測定装置
JPH10122908A (ja) 光学式位置検出器
US6943341B2 (en) Position measuring system