JP2004301826A - 光学式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の角度分解能又は目盛りパターンに迅速に対応することができ、多品種少量生産への適合も容易な光学式ロータリエンコーダを提供すること。
【解決手段】 光学式ロータリエンコーダは、円に沿って目盛りが刻まれた回転板と、投光素子、レンズ、及び受光素子を含み回転板から目盛りを読み取る光学式読取器と、前記受光素子の手前に配置されかつ回転板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化して回転板に照射することにより回転板に刻まれた目盛りを読み取る。この目盛り板（１）は、目盛り板素材をレーザ加工装置（７１０）のＸＹθテーブル（７１１，７１２，７１３）にセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹθテーブルの移動を適宜に制御して、目盛り板素材上に目盛りを放射状に刻むことにより製造される。
【選択図】 図１０

Description

この発明は、例えば回転角度、回転数、回転速度等を検出するためのアブソリュート式やインクリメント式の光学式ロータリエンコーダ、並びに被検出対象物の長さ、直線移動距離等を検出するためのアブソリュート式やインクリメント式の光学式リニアエンコーダに関する。

当業者によく知られているように、光学式エンコーダは、回転角度、回転数、回転速度等を検出するためのロータリエンコーダと、被検出対象物の長さ、直線移動距離等を検出するためのリニアエンコーダとに区分される（以下、総称して光学式エンコーダという）。光学式エンコーダは、目盛りが刻まれた目盛り板（ロータリエンコーダにあっては回転板、リニアエンコーダにあってはリニアスケール）と、目盛り板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ目盛り板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有する。目盛り板の構造は光学式エンコーダの光学式読取方式によって相違する。光学式読取器の読取方式が透過型の場合、目盛り板上の目盛り部分は光を透過させることが可能な構造とされる。同様にして、光学式読取器の読取方式が反射型の場合、目盛り板上の目盛り部分は光を反射可能な構造とされる。これに対して、遮光板上の各スリット部分は、光を透過させる構造を有する。ここで、透過させるとは貫通孔であったり、透明部分であったりすることが採用可能である。

尚、この種の光学式エンコーダにはインクリメント方式とアブソリュート方式とが知られており、インクリメント方式の場合には各目盛りはほぼ等間隔に配列される。これに対して、アブソリュート方式の場合には、分解能のそれぞれに対応した多ビットコードで構成される。

従来、目盛り板上に目盛りを刻むための技術としては、打ち抜き成形やフォトエッチングなどが知られている。透明基板の表面に金属蒸着膜を形成し、この金属蒸着膜の表面に感光剤からなる遮光膜を形成し、この遮光膜をエッチングすることにより、金属蒸着膜の露出部分により規定される光学式エンコーダ用光反射パターンを形成することが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−８２６６１号公報

しかしながら、従来の目盛り板にあっては、打ち抜き成形によるものにあっては、成形金型を設計製作せねばならない一方、フォトエッチングを利用するものにあっては、マスクの設計並びに製作を行わねばならないことから、発注から出荷までに時間がかかること、金型やマスクの設計製作に多大な費用がかかること、コストの点から多品種少量生産に対応できないこと、などといった問題点が指摘されている。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、任意の分解能又は目盛りパターンに迅速に対応することができ、多品種少量生産への適合も容易な光学式エンコーダを提供することにある。

また、この発明の他の目的とするところは、分解能乃至は目盛りパターンの高精度化を実現することも可能な光学式エンコーダを提供することにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下に記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

この発明の第１実施形態である光学式ロータリエンコーダは、円に沿って目盛りが刻まれた回転板と、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含み回転板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ回転板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化して回転板に照射することにより回転板に刻まれた目盛りを読み取るものである。そして、以上の基本的な構成に加えて、本発明の光学式ロータリエンコーダの最も大きな特徴は、回転板上の目盛りがレーザ照射により刻まれた点にある。

このような構成によれば、レーザ加工機を用いて回転板にレーザ照射を行い、その上に目盛りを刻むものであるから、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作が不要となり、受注から出荷に至る期間を大幅に短縮できる。加えて、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作にかかる費用も不要となるため、多品種少量生産であっても、これを低コストに実現することができる。しかも、成形金型やフォトエッチングによって目盛りを刻む場合に比べ、レーザ照射により目盛りを刻む場合にあっては、レーザ加工機の制御次第によっては、従前の方式に比べより一層精度良く目盛りを刻みつけることができる。

本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものとすることができる。ここで、光学式ロータリエンコーダの基本発明において、遮光板上のスリットについてレーザ加工することを含めていないのは、次の理由による。すなわち、この種の光学式ロータリエンコーダにあっては、要求される分解能によって、回転板の直径もまちまちであるが、これに対して遮光板上のスリットに関しては、回転板と一対一に厳密に対応させる必要はなく、回転板上のピッチのある一定レンジに対しては、共通の遮光板を使用することができるので、必ずしも遮光板上のスリットについては回転板上の目盛りピッチに合わせてその都度作り直す必要がないからである。

また、本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態においては、回転板の読取方式を反射型に限定される。レーザ照射により目盛りを刻む方式にも、様々な方式が可能であるが、殊に回転板上の読取方式が反射型であると、例えば表面が鏡面状の金属の所定部分をレーザ照射して粗面化したり、あるいはガラス板上に金属被膜を真空蒸着等で被着させておいて、これをレーザ照射で取り除くといった簡単な手法で、回転板上に目盛りを刻むことが可能だからである。

また、本発明の光学式ロータリエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、回転板上の目盛り形状を台形状とすることができる。このような台形状の目盛りにあっては、Ｘ，Ｙ，θの各独立ステージを備えたレーザ加工機に適用した場合、制御の複雑かつ小刻みな動きが難しいθ方向のピッチについては、間欠送りをしつつ、Ｘ，Ｙステージのみを微細に制御することによって、高精度に目盛り形状に沿った台形状の目盛りを刻むことができるからである。

なお、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用の回転板として捉えることもできる。このような回転板にあっても、回転板上には目盛りがレーザ照射により円に沿って刻まれている。このとき、前述と同様に、回転板の読取方式を反射型とすることもでき、さらに目盛りの形状を台形状とすることもできる。それら個々の要素による作用効果については、先に述べたものと同様である。さらに、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用の遮光板として捉えることもできる。このような遮光板にあっても、遮光板上にはスリット列がレーザ照射により所定パターンで刻まれている。

更に、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法では、回転板素材をレーザ加工装置のＸＹθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹθテーブルの移動を適宜に制御して、回転板素材上に目盛りを円に沿って刻むようにしている。このような方法によれば、成形金型やエッチングマスクが不要となるため、光学式ロータリエンコーダ用回転板の多品種少量生産が可能となる。

このとき、要求される回転板の外形と分解能に基づきレーザビーム照射座標を算出し、算出された座標に基づいてＸＹθテーブルの移動を制御すれば、任意の仕様の目盛り板を製造することもできる。

また、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、ＸＹθテーブルのみを移動制御するようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、ＸＹテーブルの移動は連続的に行うことにより、回転板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むようすれば、目盛りの加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。

回転板素材としては、様々なものを採用することができる。例えば、回転板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、回転板素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものも挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。また、回転板素材を表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成するものも挙げられる。これにより、反射型回転板を容易に製造することができる。

更に、別の一面から見た本発明は、光学式ロータリエンコーダ用遮光板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法は、遮光板素材をレーザ加工装置のＸＹθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹθテーブルの移動を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻むものである。これにより、遮光板を低コストに製造することができる。なお、遮光板についても、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、ＸＹθテーブルのみを移動制御するようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、ＸＹテーブルの移動は連続的に行うことにより、遮光板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むようすれば、スリット列の加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。

ロータリエンコーダ用遮光板素材としても、様々なものを採用することができる。例えば、遮光板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、遮光板素材を表面に高反射性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものが挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。

次に、この発明の第２実施形態である光学式リニアエンコーダは、直線に沿って目盛りが刻まれたリニアスケールと、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含みリニアスケールから目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつリニアスケール上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化してリニアスケールの任意の領域に照射することによりリニアスケールに刻まれた目盛りを読み取るものである。そして、以上の基本的な構成に加えて、本発明の光学式リニアエンコーダの最も大きな特徴は、リニアスケール上の目盛りがレーザ照射により刻まれた点にある。

このような構成によれば、レーザ加工機を用いてリニアスケールにレーザ照射を行い、その上に目盛りを刻むものであるから、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作が不要となり、受注から出荷に至る期間を大幅に短縮できる。加えて、成形金型やエッチング用マスクの設計並びに製作にかかる費用も不要となるため、多品種少量生産であっても、これを低コストに実現することができる。しかも、成形金型やフォトエッチングによって目盛りを刻む場合に比べ、レーザ照射により目盛りを刻む場合にあっては、レーザ加工機の制御次第によっては、従前の方式に比べより一層精度良く目盛りを刻みつけることができる。

本発明の光学式リニアエンコーダの好ましい実施の形態にあっては、遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものとすることができる。ここで、光学式リニアエンコーダの基本発明において、遮光板上のスリットについてレーザ加工することを含めていないのは、次の理由による。すなわち、この種の光学式リニアエンコーダにあっては、要求される分解能によって、リニアスケール上の目盛りピッチもまちまちであるが、これに対して遮光板上のスリットに関しては、リニアスケールと一対一に厳密に対応させる必要はなく、リニアスケール上のピッチのある一定レンジに対しては、共通の遮光板を使用することができるので、必ずしも遮光板上のスリットについてはリニアスケール上の目盛りピッチに合わせてその都度作り直す必要がないからである。

また、本発明の光学式リニアエンコーダの好ましい実施の形態においては、回転板の読取方式を反射型に限定される。レーザ照射により目盛りを刻む方式にも、様々な方式が可能であるが、殊にリニアスケール上の読取方式が反射型であると、例えば表面が鏡面状の金属の所定部分をレーザ照射して粗面化したり、あるいはガラス板上に金属被膜を真空蒸着等で被着させておいて、これをレーザ照射で取り除くといった簡単な手法で、リニアスケール上に目盛りを刻むことが可能だからである。

なお、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用のリニアスケールとして捉えることもできる。このようなリニアスケールにあっても、リニアスケール上には目盛りがレーザ照射により円に沿って刻まれている。このとき、前述と同様に、リニアスケールの読取方式を反射型とすることもできる。それによる作用効果については、先に述べたものと同様である。さらに、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用の遮光板として捉えることもできる。このような遮光板にあっても、遮光板上にはスリット列がレーザ照射により所定パターンで刻まれている。

更に、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用リニアスケールの製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法では、リニアスケール素材をレーザ加工装置のＸＹテーブルに寸送り可能にセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹテーブルの移動及びリニアスケール素材の寸送り動作を適宜に制御して、リニアスケール素材上に目盛りを直線に沿って刻むようにしている。このような方法によれば、成形金型やエッチングマスクが不要となるため、光学式リニアエンコーダ用リニアスケールの多品種少量生産が可能となる。

このとき、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、ＸＹテーブルの移動制御及びリニアスケール素材の寸送り動作制御のみを行うようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、リニアスケール素材の寸送り動作は間欠的に行う一方、ＸＹテーブルの移動は連続的に行うことにより、リニアスケール素材上に目盛りを直線に沿って刻むようすれば、目盛りの加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。

リニアスケール素材としては、様々なものを採用することができる。例えば、リニアスケール素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、リニアスケール素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものも挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。また、リニアスケール素材を表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成するものも挙げられる。これにより、反射型リニアスケールを容易に製造することができる。

更に、別の一面から見た本発明は、光学式リニアエンコーダ用遮光板の製造方法として捉えることができる。この発明の製造方法は、遮光板素材をレーザ加工装置のＸＹテーブルに寸送り可能にセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹテーブルの移動及び遮光板素材の寸送り動作を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻むものである。これにより、遮光板を低コストに製造することができる。なお、遮光板についても、レーザビームの光軸偏角は固定したまま、ＸＹテーブルの移動制御及び遮光板素材の寸送り動作制御のみを行うようにすれば、ビームのふらつきを押さえて高精度な加工がおこなえる。また、遮光板素材の寸送り動作は間欠的に行う一方、ＸＹテーブルの移動は連続的に行うことにより、遮光板素材上に目盛りを直線に沿って刻むようすれば、スリット列の加工精度を高めかつ加工時間を短縮できる。

リニアエンコーダ用遮光板素材としても、様々なものを採用することができる。例えば、遮光板素材をレーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成するものが挙げられる。これにより、全体として剛性を維持しつつも、加工の容易性を向上できる。また、遮光板素材を表面に高反射性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して高反射性金属被膜を除去することにより透明孔を形成するものが挙げられる。これにより、金属被膜としてクロム蒸着膜等の採用が可能となり、しかもレーザ出力をさほど上げずとも、目盛り刻設が可能となる。

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、反射型または透過型、さらにはアブソリュート式またはインクリメント式における光学式エンコーダの低コストによる多品種少量生産が可能となるという利点を有する。

以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明のほんの一例を示すものに過ぎず、本発明の要旨とするところは、特許請求の範囲の記載によってのみ規定されるものである。

以下に示す発明の実施の形態では、先ず図１乃至図１２を参照して本発明の第１実施形態である光学式ロータリエンコーダについて説明し、次いで図１３乃至図２３を参照して本発明の第２実施形態である光学式リニアエンコーダについて順を追って説明する。

本発明の第１実施形態である光学式ロータリエンコーダは、反射型と透過型との双方を含んでいる。

光学式ロータリエンコーダの外殻ケースを取り外したときの外観が図１に示されている。尚、同図には反射型のものがその一例として図示されている。この例で示される光学式ロータリエンコーダ１０００は、円盤状の回転板１ａと、回転板１ａの中央部に貫通固定されたシャフト２と、このシャフト２を支承する軸受３と、後述する投光素子、レンズ、受光素子等を具備する光学式読取器（光学式モジュール）５２と、光学式読取器５２を取りつけるための取付基台５１と、光学式読取器５１で生成された信号を外部へと取り出すための回路基板５３とを具備している。

本発明の一実施形態である反射型光学式ロータリエンコーダの詳細構成が図２に示されている。反射型光学式ロータリエンコーダにおいて、シャフト２は検出軸を構成するものであって、被検出対象物に結合される。

投光回路４が作動すると、投光素子５が駆動される。投光素子５から出射された光線Ｌ１１は、一定の広がり角度を保ちつつハーフミラー６を透過し、レンズ７により平行光にされて、回転板１ａの表面に照射される。回転板１ａの表面で反射した光は、レンズ７を透過した後ハーフミラー６で反射され、受光素子９へと向かう。受光素子９の前面側には、後述するスリットが設けられた遮光板８が配置されている。ハーフミラー６で反射された光線Ｌ１２は、遮光板８のスリットを通って、受光素子９へと入射される。受光素子９で生成された電気信号は、受光回路１０で増幅並びに波形整形等が行われた後、信号処理部１１へと送り込まれる。信号処理部１１では、インクリメント方式のロータリエンコーダの場合であれば、角度分解能に相当するパルス列を生成出力するし、アブソリュート方式のロータリエンコーダであれば各角度位置に相当するコード信号を生成する。こうして信号処理部１１から得られた信号は、出力回路１２を介して外部へと送り出される。以上が、反射型光学式ロータリエンコーダの構成並びに動作の基本である。

図３には、本発明の一実施形態である透過型光学式ロータリエンコーダの詳細構成が示されている。透過型光学式ロータリエンコーダの構成並びに作用についても、基本的には図２に示される反射型光学式ロータリエンコーダのそれと同様である。そこで、相違点のみを述べる。同図において図２と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

透過型の回転板１ｂは、目盛り部分に対応して光を透過させる構造を有する。投光素子５から出射された光線Ｌ２１は、一定の広がり角度を保ちつつレンズ７に照射され平行光Ｌ２２とされる。その後、光線Ｌ２２は回転板１ｂを透過し、回転板１ｂを挟んで投光素子５と反対側に設けられた受光素子９へと向かう。受光素子９の前面側には後述するスリットが設けられた遮光板８が配置されている。遮光板８を通過したのち受光素子９に光線Ｌ２２が照射されると、受光素子９からは対応する電気信号が送り出される。この電気信号は、先に図２に関連して説明したように、受光回路１０，信号処理部１１，出力回路１２を経て外部へと送り出される。以上が、透過型光学式ロータリエンコーダの構成並びに作用の基本である。

本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、以上の構成において、回転板１ａ，１ｂ並びに遮光板８の製造に工夫を加えている。より具体的には、回転板１ａ，１ｂ並びに遮光板８は、レーザ加工機を用いて製作される。反射型または透過型のインクリメント式の回転板の一例の正面図が図４に示されている。

同図に示されるように、回転板１は円盤状に形成されており、その周縁部には、目盛り列帯１３が設けられ、中央部にはシャフト２を貫通固定するための軸孔１４が開設されている。

図４におけるＡ部拡大図が図５に示されている。同図に示されるように、目盛り列帯１３は、第１の目盛り列１３ａと、第２の目盛り列１３ｂと、第３の目盛り列１３ｃとからなる３列の目盛り列で構成されている。後述するように、これらの目盛り列は、レーザ加工機を用いて形成される。すなわち、従前の回転板のように、打ち抜き加工やフォトエッチングによるのではなく、レーザ照射によって目盛りが刻まれるのである。第２の目盛り列１３ｂは、インクリメント式のロータリエンコーダとしてパルス列を出力するとともに回転板１の回転方向を検出するためのＡ相パターン、Ｂ相パターンである。第１の目盛り列１３ａと、第３の目盛り列１３ｃとは、原点位置を検出するためのＺ相パターンである。

一方、本発明の光学式ロータリエンコーダの遮光板８の一例が、図６〜図８に示されている。尚、それらの図において符号７は遮光板、８１，８２は当該遮光板を後述するレーザ加工機に取り付ける際の位置決め孔、８３は厚肉領域、８４は薄肉領域、８５は厚肉領域と薄肉領域との境界線、８６ａは第１スリット列、８６ｂは第２スリット列、８６ｃは第３スリット列、８６ｄは第４スリット列である。

本発明の光学式ロータリエンコーダの遮光板の構造並びに目盛りを刻む製造工程については、後に詳細に説明するが、ここでは遮光板上のスリット配列についてのみ説明する。このスリット列の配置は、遮光板の断面構造や素材とは無関係で、どのような光学式ロータリエンコーダの遮光板についても共通である。

すなわち、図７に示されるように、遮光板の中央部分には、第１スリット列８６ａ，第２スリット列８６ｂ，第３スリット列８６ｃ，第４スリット列８６ｄからなる４列のスリット列が形成されている。これらスリット列を構成する個々のスリットは、貫通孔または透明孔とされており、スリット部分についてのみ光を通過させることが可能となされている。これらのスリット列は、図４，図５に示した回転板１の目盛り列と一定の関係を有する。

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板並びに遮光板の加工方法の説明図が図９に示されている。同図（ａ）及び同図（ｂ）は回転板１の断面構造を示すものであり、同図（ｃ）並びに同図（ｄ）は遮光板８の断面構造を示すものである。

まず、同図（ａ）に示される回転板の断面構造（その１）について説明する。この例に示される回転板は、反射型の光学式ロータリーエンコーダに適用が可能である。この回転板は、表面が鏡面とされた金属基板１００に対してレーザビームを選択的に照射して粗面化することによって、正反射部分と乱反射部分とを形成したものである。金属基板１００としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）等が使用され、また厚さｄ１は１００μｍ程度とされている。図において、符号１００ａが付されているのは鏡面領域であり、符号１００ｂが付されているのが粗面領域である。鏡面領域１００ａは金属基板１００の当初の表面をそのまま露出させたものであり、粗面領域１００ｂがレーザ照射により粗面化された部分である。このような構成によれば、投光素子から粗面領域１００ｂに照射された光線Ｌ１は散乱されて殆ど受光素子に戻って来ないのに対し、投光素子から鏡面領域１００ａに照射された光線Ｌ２は正反射して大部分が受光素子に戻ってくる。鏡面領域１００ａは図５のＡ部拡大図において、目盛り領域ａに相当する。これに対し、粗面領域１００ｂは、図５のＡ部拡大図において、周辺領域ｂに相当する。そのため、投光素子からの光線をこの回転板の表面に照射し、その反射光を光電変換することによって、第１の目盛り列１３ａ，第２の目盛り列１３ｂ，第３の目盛り列１３ｃに相当する電気信号を取得することができる。

次に、同図（ｂ）に示される回転板の断面構造（その２）について説明する。この例に示される回転板は、反射型及び透過型のいずれにも適用が可能である。この回転板は、透明基板１１０とその表面に被着された金属薄膜１２０とを有する。透明基板１１０の素材としては、ガラスやプラスチック等を使用することができる。一方、金属薄膜１２０の素材としては、クロム（Ｃｒ）等のような高反射性の金属素材を採用することができる。この例にあっては、透明基板（ガラス板）１１０の表面に金属薄膜（クロム蒸着膜）１２０を被着させた円盤状の素材を用意し、その表面にレーザビームを選択的に照射することによって、金属薄膜１２０を選択的に除去（昇華除去）させることにより、薄膜除去領域１２０ａを形成している。このような構成によれば、投光素子から金属薄膜１２０の鏡面（薄膜除去されていない領域）に照射された光線Ｌ３は正反射して受光素子に戻されるのに対し、投光素子から薄膜除去領域１２０ａに照射された光線Ｌ４は透明基板１１０を透過して抜けてしまい、殆ど受光素子に戻されない。この回転板が反射型として使用される場合、金属薄膜１２０の鏡面は、図５のＡ部拡大図において、目盛り領域ａとされる。一方、薄膜除去領域３００ａは、図５のＡ部拡大図において周辺領域ｂとされる。他方、この回転板が、透過型として使用される場合、薄膜除去領域１２０ａが、図５のＡ部拡大図において目盛り領域ａとされ、逆に金属薄膜１２０の粗面が周辺領域ｂとされる。透明基板１２０としてガラス板が使用される場合、反射型にするときにはＢ２７０が、透過型にするときにはＢＫ−７を採用することが好ましい。ＢＫ−７は透過率が高いため、透過型ではＢＫ−７が優位である。一方、透過率を考慮する必要がない反射型の場合にはコストの低いＢ２７０を採用するのが好ましい。また、透明基板１１０としてガラスが使用される場合、その厚さｄ２としては１．１ｍｍ程度とされ、他方金属薄膜１２０としてクロム蒸着膜が採用される場合、クロム蒸着膜の膜厚ｄ３は１４００Å程度とされる。

次に、同図（ｃ）に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板の断面構造（その１）について説明する。この例にあっては、遮光板は金属薄板１３０を主体として構成される。この金属薄板１３０の表面には、レーザ加工対象となる薄肉領域１５０を残して電鋳金属層１４０が成長形成される。金属薄板１３０の素材としては例えばニッケル（Ｎｉ）が採用され、また電鋳金属層１４０としては同様なニッケル（Ｎｉ）が採用される。薄肉領域１５０の肉厚ｄ４としては、０．０１ｍｍ程度とされ、また電鋳金属層１４０の肉厚ｄ５としては、０．０４ｍｍ程度とされている。そのため、肉厚部分の全体の厚さは０．０５ｍｍ程度とされる。

図９（ｃ）に示される例は、図６〜図８に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板８に対応している。すなわち、この例にあっては、図６に示される、境界線８５で矩形に囲まれる薄肉領域８４が薄肉領域１５０となり、その周辺部分の厚肉領域８３が電鋳金属層１４０が成長形成された領域となるような遮光板を用意する。

この遮光板は、後に詳細に説明する光学式ロータリエンコーダのレーザ加工機のステージ上に位置決め孔８１，８２を介して固定される。しかる後、レーザビームを薄肉領域８４内に照射することによって、図７に示されるように、第１スリット列８６ａ，第２スリット列８６ｂ，第３スリット列８６ｃ，第４スリット列８６ｄに示されるように、スリット列がレーザビームの照射によって貫通形成される。図９（ｃ）に示されるように、レーザビームが照射された部分は穿孔領域１３０ａとなるのに対し、レーザビームが照射されない部分は金属薄板１３０がそのまま残される。ここで、穿孔領域１３０ａは図８の拡大図において、スリット領域ｃに相当する。これに対して、遮光性を有する金属薄板１３０の表面が、図８の拡大図において、周辺領域ｄに相当する。図９（ｃ）から明らかなように、穿孔領域１３０ａに照射された光線Ｌ５は反対側へ抜けてしまうのに対し、金属薄板１３０に照射された光線Ｌ６は反射して元に戻される。

次に、図９（ｄ）に示される光学式ロータリエンコーダの遮光板の断面構造（その２）について説明する。この例にあっては、透明基板（ガラスやプラスチック）１１１と、この透明基板１１１の上に被着された金属薄膜（クロム蒸着膜等）１２１とを有する。そして、この金属薄膜１２１をレーザビームの選択照射によって除去することで、薄膜除去領域１２１ａを形成することにより、遮光板８が製作される。透明基板１１１としてガラス板が使用される場合、その肉厚ｄ６は０．５〜１．２ｍｍ程度とされ、金属薄膜１２１としてクロム蒸着膜が使用される場合、その肉厚ｄ７は光を完全に遮断できるように１４００Å程度に設定される。ここで、金属薄膜１２１が被着された領域が図８の拡大図において周辺領域ｄに相当し、薄膜除去領域１２１ａがスリット領域ｃに相当する。

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの構成図が図１０に示されている。同図に示されるように、このレーザ加工システム７００は、レーザ加工装置７１０と、演算処理装置７２０と、視覚認識装置７３０とから構成されている。

レーザ加工装置７１０は、ワークＷの位置決め用のワークセット・制御ステージを有する。この制御ステージは、Ｘ方向の移動を担うＸテーブル７１１と、Ｙ方向への移動を担うＹテーブル７１２と、θ方向（回転方向）への移動を担うθテーブル７１３とを有する。そして、θテーブル７１３の上にワークＷが載置固定される。このワークＷが、本発明にあっては、回転板１であったり遮光板８であったりするのである。

レーザ装置７１６は、電源装置７１７と冷却装置７１８とを備え、ＹＡＧレーザ（この例では、第２高調波：５３２ｎｍ，出力：０．５ｍＪ程度，繰り返し周波数：５〜４０ｋＨｚ）で構成される。レーザ装置７１６から出射されたレーザビームは、ミラー７１５で反射された後、集光レンズ７１４を介して集光された後、ワークＷの表面に照射される。特にこの例にあっては、精密な加工を可能とするため、通常のこの種レーザ加工機に含まれるガルバノミラーは固定状態とされ、ワークＷ上のビーム操作は、全て制御ステージ側に負担されるようになっている。つまり、レーザビームがふらつかないように固定しておいて、ワークＷの側をＸ方向，Ｙ方向，θ方向へと適宜独立に移動させることによって、所望の目盛りパターンやスリットパターンを描き出し、それらを刻み込むのである。

演算処理装置７２０は、レーザ・ワーク制御数値演算装置７２１と、ＣＡＤデータ（データベース）７２２とを含んでいる。レーザ・ワーク制御数値演算装置７２１は、レーザ装置７１６及びワークセット・制御ステージ（Ｘテーブル７１１，Ｙテーブル７１２，θテーブル７１３）を適宜制御する。この制御態様は、ＣＡＤデータ（例えばＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）等）７２２に基づいて制御される。

視覚認識装置７３０は、ＣＣＤ内蔵のカメラ７３１と、ハーフミラー７３２と、光源７３３とを有する。光源７３３からの光はハーフミラー７３２で反射されてワークＷを真上から照明する。ワークＷからの反射光はハーフミラー７３２を透過してカメラ７３１へと取り込まれ、ワークＷとレーザビームとの位置関係に相当する情報が取得され、この情報がレーザ・ワーク制御数値演算装置７２１へとフィードバックされる。

以上により、ワークセット・制御ステージに搭載されたワークＷ（回転板１又は遮光板８）は、レーザビームの側を固定しつつ、ワークセット・制御ステージを適宜に移動させることによって、所望の目盛りパターンあるいはスリットパターンに対応して加工され、これにより回転板上に目盛りが刻まれ、遮光板上にスリットが刻まれる。

次に、本発明の光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの演算装置の制御プログラムを示すフローチャートが図１１に示されている。この制御プログラムは、レーザ・ワーク制御数値演算装置７２１により実行される。

まず、回転板の外形、分解能等の仕様を決定するための設定操作が行われると（ステップ１１６）、１目盛りパターン又は１スリットパターン分の加工開始・終点位置の算出（ステップ１１７）、θ送りピッチ算出（ステップ１１８）、Ｚ相パターンの加工開始・終点位置算出（ステップ１１９）の処理がそれぞれ行われる。しかる後、スリット形成前のワークＷをステージ上の図示しない治具にセットし（ステップ１１１）、スタート操作が行われると（ステップ１１２）、画像認識位置への移動処理（ステップ１１３）、原点サーチ処理（ステップ１１４）、原点座標ズレ取得処理（ステップ１１５）がそれぞれ実行された後、ワークの規定位置は加工Ｘ−Ｙ−θ座標へ移動される（ステップ１２０）。しかる後、レーザ光が安定するのを待って（ステップ１２１，１２２）、レーザ装置のシャッタが開かれ（ステップ１２３）、レーザの出射が行われ（ステップ１２４）、レーザ加工が実行される（ステップ１２５）。このレーザ加工実行処理（ステップ１２５）では、先に説明したように、ＣＡＤデータ７２２を元に、Ｘ−Ｙ−θステージの稼働が適宜に行われる（ステップ１２６）。しかる後、シャッタを閉じ（ステップ１２７）、スリットの加工が完了したかを確認しつつ（ステップ１２８）、残りの加工がまだ存在すれば、次の加工位置への移動処理を行った後（ステップ１２９）、以上の処理が繰り返され、加工が完了するのを待って（ステップ１２８完了）、加工終了処理が行われる（ステップ１３０）。

このように、本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板１並びに遮光板８に対する目盛りやスリットの加工は、レーザ加工システム７００を介して自動的に行われるから、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を利用する場合に比べ、金型設計やマスク設計並びに製作が不要であるから、受注から加工完了までの期間を著しく短縮することができると共に、それらの設計や製作を行う場合に比べ、著しいコストダウンを図ることができる。そのため、本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、いわゆる多品種少量生産への対応を容易とすると共に、これを低コストに実現することができる。

加えて、本発明の光学式ロータリエンコーダにあっては、Ｘテーブル７１１，Ｙテーブル７１２，θテーブル７１３の制御に工夫を加えることによって、個々の目盛り要素の加工精度を可及的に向上させることもできる。

本発明の光学式ロータリエンコーダの回転板上の個々の目盛り形状を示す図が図１２に示されている。同図（ａ）に示される目盛り要素１６１は扇形状を有する。これは、従前の打ち抜き成形技術やフォトエッチング技術を利用した場合の目盛り形状と同一である。この場合、例えばＸテーブル７１１，Ｙテーブル７１２，θテーブル７１３を全て連動して移動させることにより、同図中にジグザグ軌跡で示されるようにレーザを照射しつつ、扇形状の目盛り要素１６１を完成するものである。

同図（ｂ）に示される目盛り要素１６２は、特に、本発明者等が開発した新規な形状の目盛り要素である。この目盛り要素は、その外周を全て直線によって囲まれており、従前の扇形状目盛りとは顕著な相違を有する。これは図１０に示されるレーザ加工システムの採用を前提として、Ｘ，Ｙ，θテーブルのできるだけ簡単な制御によって、精度の良い目盛り要素を形成できるようにしたものである。すなわち、この台形状の目盛り要素１６２の加工にあたっては、θテーブル７１３は間欠送りを繰り返すだけでよく、その他θテーブルが静止している状態においては、同図中にジグザグ軌跡で示されるようにＸテーブル７１１とＹテーブル７１２とを同時に連動して移動させることにより、台形状輪郭の内部を精密にかつ簡単に加工できるようにしたものである。このような台形状目盛りを採用することによって、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を使用した場合に比べ目盛りの位置決め精度を向上させることが可能になるとともに、簡単に短時間で従前の扇形状目盛りとほぼ同機能をはたす目盛りを形成できるようになった。

次に、本発明の第２実施形態である光学式リニアエンコーダについて説明する。本発明に係る光学式リニアエンコーダの外観が図１３に示されている。同図（ａ）は反射型リニアエンコーダ２０００ａの外観を示すものであり、同図（ｂ）は透過型リニアエンコーダの外観を示すものである。

図１３に示されるように、本発明に係る光学式リニアエンコーダは、目盛りが刻まれたリニアスケール２１（反射型リニアスケール２１ａ、又は透過型リニアスケール２１ｂ）と、このリニアスケール２１に刻まれた目盛りを読み取るための光学式読取器（光学式モジュール）３００（反射型光学式読取器３００ａ、又は透過型光学式読取器３００ｂ）とを具備している。

次に、本発明に係る反射型光学式リニアエンコーダの詳細構成が図１４に、また本発明に係る透過型光学式リニアエンコーダの詳細構成が図１５にそれぞれ示されている。

図１４に示されるように、本発明に係る反射型光学式リニアエンコーダは、被検出対象物２２ａに貼付されるリニアスケール２１ａを有する。
投光回路２３が作動すると、投光素子２４が駆動される。投光素子２４から出射された光線Ｌ３１は、一定の広がり角度を保ちつつハーフミラー２５を透過し、レンズ２６により平行光にされて、リニアスケール２１ａの表面に照射される。リニアスケール２１ａの表面で反射した光は、レンズ２６を透過した後ハーフミラー２５で反射され、受光素子２８へと向かう。受光素子２８の前面側には、後述するスリットが設けられた遮光板２７が配置されている。ハーフミラー２５で反射された光線Ｌ３２は、遮光板２７のスリットを通って、受光素子２８へと入射される。受光素子２８で生成された電気信号は、受光回路２９で増幅並びに波形整形等が行われた後、信号処理部３０へと送り込まれる。信号処理部３０では、インクリメント方式のリニアエンコーダの場合であれば、直線分解能に相当するパルス列を生成出力するし、アブソリュート方式のリニアエンコーダであれば各位置に相当するコード信号を生成する。こうして信号処理部３０から得られた信号は、出力回路３１を介して外部へと送り出される。以上が、反射型光学式リニアエンコーダの構成並びに動作の基本である。

図１５には、本発明に係る透過型光学式リニアエンコーダの構成図が示されている。透過型光学式リニアエンコーダの構成並びに作用についても、基本的には図１４に示される反射型光学式リニアエンコーダのそれと同様である。そこで、相違点のみを述べる。同図において図１４と同一構成部分については同符号を付して説明は省略する。

透過型のリニアスケール２１ｂは、目盛り部分に対応して光を透過させる構造を有する。投光素子２４から出射された光線Ｌ４１は、一定の広がり角を保ちつつレンズ２６に照射され平行光Ｌ４２とされる。その後、光線Ｌ４２はリニアスケール２１ｂを透過し、リニアスケール２１ｂを挟んで投光素子２４と反対側に設けられた受光素子２８へと向かう。受光素子２８の前面側には後述するスリットが設けられた遮光板２７が配置されている。遮光板２７を通過したのち受光素子２８に光線Ｌ４２が照射されると、受光素子２８からは対応する電気信号が送り出される。この電気信号は、先に図１４に関連して説明したように、受光回路２９，信号処理部３０，出力回路３１を経て外部へと送り出される。以上が、透過型光学式リニアエンコーダの構成並びに作用の基本である。

本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、以上の構成において、リニアスケール２１ａ，２１ｂ並びに遮光板２７の製造に工夫を加えている。より具体的には、リニアスケール２１ａ，２１ｂ並びに遮光板２７は、レーザ加工機を用いて製作される。反射型または透過型のインクリメント式のリニアスケールの一例の正面図が図１６に示されている。

同図に示されるように、リニアスケール２１は長方形状に形成されており、その表面には、目盛り列帯４０が設けられている。

図１６におけるＢ部拡大図が図１７に示されている。同図に示されるように、目盛り列帯４０は、第１の目盛り列４０ａと、第２の目盛り列４０ｂと、第３の目盛り列４０ｃとからなる３列の目盛り列で構成されている。後述するように、これらの目盛り列は、レーザ加工機を用いて形成される。すなわち、従前のリニアスケールのように、打ち抜き加工やフォトエッチングによるのではなく、レーザ照射によって目盛りが刻まれるのである。第２の目盛り列４０ｂは、インクリメント式のリニアエンコーダとしてパルス列を出力するとともにリニアスケール２１の移動方向を検出するためのＡ相パターン、Ｂ相パターンである。第１の目盛り列４０ａと、第３の目盛り列４０ｃとは、原点位置を検出するためのＺ相パターンである。

一方、本発明の光学式リニアエンコーダの遮光板２７の一例が、図１８〜図２０に示されている。尚、それらの図において符号２７は遮光板、２７１，２７２は当該遮光板を後述するレーザ加工機に取り付ける際の位置決め孔、２７３は厚肉領域、２７４は薄肉領域、２７５は厚肉領域と薄肉領域との境界線、２７６ａは第１スリット列、２７６ｂは第２スリット列、２７６ｃは第３スリット列、２７６ｄは第４スリット列である。

本発明の光学式リニアエンコーダの遮光板の構造並びに目盛りを刻む製造工程については、後に詳細に説明するが、ここでは遮光板上のスリット配列についてのみ説明する。このスリット列の配置は、遮光板の断面構造や素材とは無関係で、どのような光学式リニアエンコーダの遮光板についても共通である。

すなわち、図１９に示されるように、遮光板の中央部分には、第１スリット列２７６ａ，第２スリット列２７６ｂ，第３スリット列２７６ｃ，第４スリット列２７６ｄからなる４列のスリット列が形成されている。これらスリット列を構成する個々のスリットは、貫通孔または透明孔とされており、スリット部分についてのみ光を通過させることが可能となされている。これらのスリット列は、図１６，図１７に示したリニアスケール２１の目盛り列と一定の関係を有する。

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのリニアスケール並びに遮光板の加工方法の説明図が図２１に示されている。同図（ａ）及び同図（ｂ）はリニアスケール２１の断面構造を示すものであり、同図（ｃ）並びに同図（ｄ）は遮光板２７の断面構造を示すものである。

まず、同図（ａ）に示されるリニアスケールの断面構造（その１）について説明する。この例に示されるリニアスケールは、反射型の光学式リニアーエンコーダに適用が可能である。このリニアスケールは、表面が鏡面とされた金属基板２００に対してレーザビームを選択的に照射して粗面化することによって、正反射部分と乱反射部分とを形成したものである。金属基板２００としては、例えばステンレス（ＳＵＳ）等が使用され、また厚さｄ１は１００μｍ程度とされている。図において、符号２００ａが付されているのは鏡面領域であり、符号２００ｂが付されているのが粗面領域である。鏡面領域２００ａは金属基板２００の当初の表面をそのまま露出させたものであり、粗面領域２００ｂがレーザ照射により粗面化された部分である。このような構成によれば、投光素子から粗面領域２００ｂに照射された光線Ｌ１は散乱されて殆ど受光素子に戻って来ないのに対し、投光素子から鏡面領域２００ａに照射された光線Ｌ２は正反射して大部分が受光素子に戻ってくる。鏡面領域１００ａは図５のＡ部拡大図において、目盛り領域ａに相当する。これに対し、粗面領域２００ｂは、図１７のＢ部拡大図において、周辺領域ｂに相当する。そのため、投光素子からの光線をこのリニアスケールの表面に照射し、その反射光を光電変換することによって、第１の目盛り列４０ａ，第２の目盛り列４０ｂ，第３の目盛り列４０ｃに相当する電気信号を取得することができる。

次に、同図（ｂ）に示されるリニアスケールの断面構造（その２）について説明する。この例に示されるリニアスケールは、反射型及び透過型のいずれにも適用が可能である。このリニアスケールは、透明基板２１０とその表面に被着された金属薄膜２２０とを有する。透明基板２１０の素材としては、ガラスやプラスチック等を使用することができる。一方、金属薄膜２２０の素材としては、クロム（Ｃｒ）等のような高反射性の金属素材を採用することができる。この例にあっては、透明基板（ガラス板）２１０の表面に金属薄膜（クロム蒸着膜）２２０を被着させた長方形状の素材を用意し、その表面にレーザビームを選択的に照射することによって、金属薄膜２２０を選択的に除去（昇華除去）させることにより、薄膜除去領域２２０ａを形成している。このような構成によれば、投光素子から金属薄膜２２０の鏡面（薄膜除去されていない領域）に照射された光線Ｌ３は正反射して受光素子に戻されるのに対し、投光素子から薄膜除去領域２２０ａに照射された光線Ｌ４は透明基板２１０を透過して抜けてしまい、殆ど受光素子に戻されない。このリニアスケールが反射型として使用される場合、金属薄膜２２０の鏡面は、図１７のＢ部拡大図において、目盛り領域ａとされる。一方、薄膜除去領域２２０ａは、図１７のＢ部拡大図において周辺領域ｂとされる。他方、このリニアスケールが、透過型として使用される場合、薄膜除去領域２２０ａが、図１７のＢ部拡大図において目盛り領域ａとされ、逆に金属薄膜２２０の鏡面が周辺領域ｂとされる。透明基板２２０としてガラス板が使用される場合、反射型にするときにはＢ２７０が、透過型にするときにはＢＫ−７を採用することが好ましい。ＢＫ−７は透過率が高いため、透過型ではＢＫ−７が優位である。一方、透過率を考慮する必要がない反射型の場合にはコストの低いＢ２７０を採用するのが好ましい。また、透明基板２１０としてガラスが使用される場合、その厚さｄ２としては１．１ｍｍ程度とされ、他方金属薄膜２２０としてクロム蒸着膜が採用される場合、クロム蒸着膜の膜厚ｄ３は１４００Å程度とされる。

次に、同図（ｃ）に示される光学式リニアエンコーダの遮光板の断面構造（その１）について説明する。この例にあっては、遮光板は金属薄板２３０を主体として構成される。この金属薄板２３０の表面には、レーザ加工対象となる薄肉領域２５０を残して電鋳金属層２４０が成長形成される。金属薄板２３０の素材としては例えばニッケル（Ｎｉ）が採用され、また電鋳金属層２４０としては同様なニッケル（Ｎｉ）が採用される。薄肉領域２５０の肉厚ｄ４としては、０．０１ｍｍ程度とされ、また電鋳金属層２４０の肉厚ｄ５としては、０．０４ｍｍ程度とされている。そのため、肉厚部分の全体の厚さは０．０５ｍｍ程度とされる。

図２１（ｃ）に示される例は、図１８〜図２０に示される光学式リニアエンコーダの遮光板２７に対応している。すなわち、この例にあっては、図１８に示される、境界線２７５で矩形に囲まれる薄肉領域２７４が薄肉領域２５０となり、その周辺部分の厚肉領域２７３が電鋳金属層２４０が成長形成された領域となるような遮光板を用意する。

この遮光板は、後に詳細に説明する光学式リニアエンコーダのレーザ加工機のステージ上に位置決め孔２７１，２７２を介して固定される。しかる後、レーザビームを薄肉領域２７４内に照射することによって、図１９に示されるように、第１スリット列２７６ａ，第２スリット列２７６ｂ，第３スリット列２７６ｃ，第４スリット列２７６ｄに示されるように、スリット列がレーザビームの照射によって貫通形成される。図２１（ｃ）に示されるように、レーザビームが照射された部分は穿孔領域２３０ａとなるのに対し、レーザビームが照射されない部分は金属薄板２３０がそのまま残される。ここで、穿孔領域２３０ａは図２０の拡大図において、スリット領域ｃに相当する。これに対して、遮光性を有する金属薄板２３０の表面が、図２０の拡大図において、周辺領域ｄに相当する。図２１（ｃ）から明らかなように、穿孔領域２３０ａに照射された光線Ｌ５は反対側へ抜けてしまうのに対し、金属薄板２３０に照射された光線Ｌ６は反射して元に戻される。

次に、図２１（ｄ）に示される光学式リニアエンコーダの遮光板の断面構造（その２）について説明する。この例にあっては、透明基板（ガラスやプラスチック）２１１と、この透明基板２１１の上に被着された金属薄膜（クロム蒸着膜等）２２１とを有する。そして、この金属薄膜２２１をレーザビームの選択照射によって除去することで、薄膜除去領域２２１ａを形成することにより、遮光板２７が製作される。透明基板２１１としてガラス板が使用される場合、その肉厚ｄ６は０．５〜１．２ｍｍ程度とされ、金属薄膜２２１としてクロム蒸着膜が使用される場合、その肉厚ｄ７は光を完全に遮断できるように１４００Å程度に設定される。ここで、金属薄膜２２１が被着された領域が図２０の拡大図において周辺領域ｄに相当し、薄膜除去領域２２１ａがスリット領域ｃに相当する。

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの構成図が図２２に示されている。同図に示されるように、このレーザ加工システム８００は、レーザ加工装置８１０と、演算処理装置８２０と、視覚認識装置８３０とから構成されている。

レーザ加工装置８１０は、ワークＷの位置決め用のワークセット・制御ステージを有する。この制御ステージは、Ｘ方向の移動を担うＸテーブル８１１と、Ｙ方向への移動を担うＹテーブル８１２と、ロール状に巻き付けられた板状のワークＷの寸送り動作（繰り出し動作）を担う送り治具８１３−８１３とを有する。そして、ワークＷは、送り治具８１３−８１３によりＹテーブル８１２の上に所定量ずつ繰り出される。このワークＷが、本発明にあっては、リニアスケール２１であったり遮光板２７であったりするのである。

レーザ装置８１６は、電源装置８１７と冷却装置８１８とを備え、ＹＡＧレーザ（この例では、第２高調波：５３２ｎｍ，出力：０．５ｍＪ程度，繰り返し周波数：５〜４０ｋＨｚ）で構成される。レーザ装置８１６から出射されたレーザビームは、ミラー８１５で反射された後、集光レンズ８１４を介して集光された後、ワークＷの表面に照射される。特にこの例にあっては、精密な加工を可能とするため、通常のこの種レーザ加工機に含まれるガルバノミラーは固定状態とされ、ワークＷ上のビーム操作は、全て制御ステージ側に負担されるようになっている。つまり、レーザビームがふらつかないように固定しておいて、ワークＷの側をＸ方向，Ｙ方向，繰り出し方向へと適宜独立に移動させることによって、所望の目盛りパターンやスリットパターンを描き出し、それらを刻み込むのである。

演算処理装置８２０は、レーザ・ワーク制御数値演算装置８２１と、ＣＡＤデータ（データベース）８２２とを含んでいる。レーザ・ワーク制御数値演算装置８２１は、レーザ装置８１６及びワークセット・制御ステージ（Ｘテーブル８１１，Ｙテーブル８１２，送り治具８１３−８１３）を適宜制御する。この制御態様は、ＣＡＤデータ（例えばＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）等）８２２に基づいて制御される。

視覚認識装置８３０は、ＣＣＤ内蔵のカメラ８３１と、ハーフミラー８３２と、光源８３３とを有する。光源８３３からの光はハーフミラー８３２で反射されてワークＷを真上から照明する。ワークＷからの反射光はハーフミラー８３２を透過してカメラ８３１へと取り込まれ、ワークＷとレーザビームとの位置関係に相当する情報が取得され、この情報がレーザ・ワーク制御数値演算装置８２１へとフィードバックされる。

以上により、ワークセット・制御ステージに搭載されたワークＷ（リニアスケール２１又は遮光板２７）は、レーザビームの側を固定しつつ、ワークセット・制御ステージを適宜に移動させることによって、所望の目盛りパターンあるいはスリットパターンに対応して加工され、これによりリニアスケール上に目盛りが刻まれ、遮光板上にスリットが刻まれる。

次に、本発明の光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの演算装置の制御プログラムを示すフローチャートが図２３に示されている。この制御プログラムは、レーザ・ワーク制御数値演算装置８２１により実行される。

まず、リニアスケールの長さ、分解能等の仕様を決定するための設定操作が行われると（ステップ２３６）、１目盛りパターン又は１スリットパターン分の加工開始・終点位置の算出（ステップ２３７）、ワーク送りピッチ算出（ステップ２３８）、Ｚ相パターンの加工開始・終点位置算出（ステップ２３９）の処理がそれぞれ行われる。しかる後、スリット加工前のワークＷをステージ上の治具にセットし（ステップ２３１）、スタート操作が行われると（ステップ２３２）、画像認識位置への移動処理（ステップ２３３）、原点サーチ処理（ステップ２３４）、原点座標ズレ取得処理（ステップ２３５）がそれぞれ実行された後、ワークの規定位置は加工Ｘ−Ｙ座標へ移動される（ステップ２４０）。しかる後、レーザ光が安定するのを待って（ステップ２４１，２４２）、レーザ装置のシャッタが開かれ（ステップ２４３）、レーザの出射が行われ（ステップ２４４）、レーザ加工が実行される（ステップ２４５）。このレーザ加工実行処理（ステップ２４５）では、先に説明したように、ＣＡＤデータ８２２を元に、Ｘ−Ｙステージ並びに送り治具の稼働が適宜に行われる（ステップ２４６）。しかる後、シャッタを閉じ（ステップ２４７）、スリットの加工が完了したかを確認しつつ（ステップ２４８）、残りの加工がまだ存在すれば、次の加工位置への移動処理を行った後（ステップ２４９）、以上の処理が繰り返され、加工が完了するのを待って（ステップ２４８完了）、加工終了処理が行われる（ステップ２５０）。

このように、本発明の光学式リニアエンコーダのリニアスケール２１並びに遮光板２７に対する目盛りやスリットの加工は、レーザ加工システム８００を介して自動的に行われるから、従前の打ち抜き加工技術やフォトエッチング技術を利用する場合に比べ、金型設計やマスク設計並びに製作が不要であるから、受注から加工完了までの期間を著しく短縮することができると共に、それらの設計や製作を行う場合に比べ、著しいコストダウンを図ることができる。そのため、本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、いわゆる多品種少量生産への対応を容易とすると共に、これを低コストに実現することができる。

加えて、本発明の光学式リニアエンコーダにあっては、Ｘテーブル８１１，Ｙテーブル８１２，送り治具８１３−８１３の制御に工夫を加えることによって、個々の目盛り要素の加工精度を可及的に向上させることもできる。

尚、上述の説明では、光学式リニアエンコーダのリニアスケール２１を被検出対象物２２に貼付した態様のものを示したが、レーザ加工により被検出対象物２２の表面にリニアスケールを直接刻み込むことも可能である。

反射型光学式ロータリエンコーダの外観図である。 反射型光学式ロータリエンコーダの構成図である。 透過型光学式ロータリエンコーダの構成図である。 光学式ロータリエンコーダの回転板の正面図である。 図４におけるＡ部拡大図である。 光学式ロータリエンコーダの遮光板の説明図（レーザ加工前）である。 光学式ロータリエンコーダの遮光板の説明図（レーザ加工後）である。 光学式ロータリエンコーダの遮光板上のスリット列の拡大図である。 光学式ロータリエンコーダの回転板並びに遮光板の加工方法の説明図である。 光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムの構成図である。 光学式ロータリエンコーダのレーザ加工システムにおける演算装置の制御プログラムを示すフローチャートである。 光学式ロータリエンコーダの回転板上の個々の目盛り形状を示す図である。 反射型光学式リニアエンコーダの外観図である。 反射型光学式リニアエンコーダの構成図である。 透過型光学式リニアエンコーダの構成図である。 光学式リニアエンコーダのリニアスケールの正面図である。 図１６におけるＢ部拡大図である。 光学式リニアエンコーダの遮光板の説明図（レーザ加工前）である。 光学式リニアエンコーダの遮光板の説明図（レーザ加工後）である。 光学式リニアエンコーダの遮光板上のスリット列の拡大図である。 光学式リニアエンコーダのリニアスケール並びに遮光板の加工方法の説明図である。 光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムの構成図である。 光学式リニアエンコーダのレーザ加工システムにおける演算装置の制御プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 回転板
１ａ 反射型回転板
１ｂ 透過型回転板
２ シャフト
３ 軸受
４ 投光回路
５ 投光素子
６ ハーフミラー
７ レンズ
８ 遮光板
９ 受光素子
１０ 受光回路
１１ 信号処理部
１２ 出力回路
１３ 目盛り列帯
１２ 出力回路
１３ａ 第１の目盛り列
１３ｂ 第２の目盛り列
１３ｃ 第３の目盛り列
１４ 軸孔
２１ リニアスケール
２１ａ 反射型リニアスケール
２１ｂ 透過型リニアスケール
２２ 被検出対象物
２３ 投光回路
２４ 投光素子
２５ ハーフミラー
２６ レンズ
２７ 遮光板
２８ 受光素子
２９ 受光回路
３０ 信号処理部
３１ 出力回路
４０ 目盛り列帯
４０ａ 第１の目盛り列
４０ｂ 第２の目盛り列
４０ｃ 第３の目盛り列
５１ 取付基台
５２ 光学式読取器
５３ 基板
８１ 位置決め孔
８２ 位置決め孔
８３ 厚肉領域
８４ 薄肉領域
８５ 境界線
８６ａ 第１スリット列
８６ｂ 第２スリット列
８６ｃ 第３スリット列
８６ｄ 第４スリット列
１００ 金属基板
１００ａ 鏡面領域
１００ｂ 粗面領域
１１０ 透明基板
１１１ 透明基板
１２０ 金属薄膜
１２１ 金属薄膜
１２１ａ 薄膜除去領域
１３０ 金属薄板
１３０ａ 穿孔
１４０ 電鋳金属層
１５０ 薄肉領域
１６１ 扇形状の目盛り要素
１６２ 台形状の目盛り要素
２００ 金属基板
２００ａ 鏡面領域
２００ｂ 粗面領域
２１０ 透明基板
２１１ 透明基板
２２０ 金属薄膜
２２１ 金属薄膜
２２１ａ 薄膜除去領域
２３０ 金属薄板
２３０ａ 穿孔
２４０ 電鋳金属層
２５０ 薄肉領域
２７１ 位置決め孔
２７２ 位置決め孔
２７３ 厚肉領域
２７４ 薄肉領域
２７５ 境界線
２７６ａ 第１スリット列
２７６ｂ 第２スリット列
２７６ｃ 第３スリット列
２７６ｄ 第４スリット列
３００ 光学式読取器
７００ レーザ加工システム
７１０ レーザ加工装置
７１１ Ｘテーブル
７１２ Ｙテーブル
７１３ θテーブル
７１４ 集光レンズ
７１５ ミラー
７１６ レーザ装置
７１７ 電源装置
７１８ 冷却装置
７２０ 演算処理装置
７２１ レーザ・ワーク数値演算装置
７２２ ＣＡＤデータ
７３０ 視覚認識装置
７３１ カメラ
７３２ ハーフミラー
７３３ 光源
８００ レーザ加工システム
８１０ レーザ加工装置
８１１ Ｘテーブル
８１２ Ｙテーブル
８１３ 送り治具
８１４ 集光レンズ
８１５ ミラー
８１６ レーザ装置
８１７ 電源装置
８１８ 冷却装置
８２０ 演算処理装置
８２１ レーザ・ワーク数値演算装置
８２２ ＣＡＤデータ
８３０ 視覚認識装置
８３１ カメラ
８３２ ハーフミラー
８３３ 光源
１０００ 光学式ロータリエンコーダ（外殻ケース無し）
２０００ 光学式リニアエンコーダ
ａ 目盛り領域
ｂ 周辺領域
ｃ スリット領域
ｄ 周辺領域
Ｗ ワーク

Claims (16)

1. 円に沿って目盛りが刻まれた回転板と、投光素子、レンズ、遮光板及び受光素子を含み回転板から目盛りを読み取る光学式読取器と、光学式読取器の前面に配置されかつ回転板上の目盛りに対応するスリットが形成された遮光板とを有し、投光素子からの光をレンズで平行化して回転板に照射することにより回転板に刻まれた目盛りを読み取る光学式ロータリエンコーダであって、
   回転板上の目盛りがレーザ照射により刻まれたものである、ことを特徴する光学式ロータリエンコーダ。
2. 遮光板上のスリットについてもレーザ照射により刻まれたものである、ことを特徴とする請求項１に記載の光学式ロータリエンコーダ。
3. 回転板の読取方式が反射型である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式ロータリエンコーダ。
4. 回転板上の目盛り形状が台形状である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ。
5. レーザ照射により円に沿って目盛りが刻まれた光学式ロータリエンコーダ用の回転板。
6. 読取方式が反射型である、ことを特徴とする請求項５に記載の光学式ロータリエンコーダ用の回転板。
7. 目盛りの形状が台形状である、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の光学式ロータリエンコーダ用の回転板。
8. レーザ照射によりスリット列が刻まれた光学式ロータリエンコーダ用の遮光板。
9. 回転板素材をレーザ加工装置のＸＹθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹθテーブルの移動を適宜に制御して、回転板素材上に円に沿って目盛りを刻む、ことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
10. 要求される回転板の外形と分解能に基づきレーザビーム照射座標を算出し、算出された座標に基づいてＸＹθテーブルの移動を制御することにより、任意の仕様の目盛り板を製造する、ことを特徴とする請求項９に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
11. レーザビームの光軸偏角は固定したまま、ＸＹθテーブルのみを移動制御する、ことを特徴とする請求項９に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
12. θテーブルの回転移動は間欠的に行う一方、ＸＹテーブルの移動は連続的に行うことにより、回転板素材上に台形状の目盛りを円に沿って刻むことを特徴とする請求項１０に記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
13. 回転板素材を、レーザ加工領域のみを薄肉領域とした金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して貫通孔を形成する、ことを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
14. 回転板素材を、表面に高反射性又は遮光性金属被膜を被着させてなる透明基板とし、これにレーザビームを選択的に照射して金属被膜を除去することにより透明孔を形成する、ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
15. 回転板素材を、表面が鏡面である金属板とし、これにレーザビームを選択的に照射して粗面領域を形成することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の光学式ロータリエンコーダ用回転板の製造方法。
16. 遮光板素材をレーザ加工装置のＸＹθテーブルにセットした状態において、これにレーザビームを照射しつつ、ＸＹθテーブルの移動を適宜に制御して、遮光板素材上に貫通スリット又は透明スリット列を刻む、ことを特徴とする光学式ロータリエンコーダ用遮光板の製造方法。

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