光电编码器的刻度盘及其制造方法与流程

本发明涉及在线性编码器、旋转编码器等中使用的光电编码器的刻度盘（scale），以及这样的刻度盘的制造方法。

背景技术：
例如，光电编码器具有沿测量轴延伸的主刻度盘（mainscale）和以能够相对于主刻度盘移动的方式布置的指示刻度盘（indexscale）。光电编码器以如下的方式构造：使得光接收器经由指示刻度盘接收从光源发射出并经由指示刻度盘入射到主刻度盘上之后由主刻度盘反射的光。主刻度盘和指示刻度盘每一个均以预定间距（pitch）形成有光栅（grating）（刻度）。已知用于形成主刻度盘和指示刻度盘每一个上的光栅的多种方法（专利文献1至8）。然而，在这些现有技术中，因为用于光栅形成的膜形成装置需要真空室所以制造成本非常高（专利文献1、2、5和6）、难以形成高精度的光栅（专利文献3、4、6和8）或者检测精度由于反射光量减少而降低（专利文献7）。[专利文献][专利文献1]日本特开2006-162498号公报[专利文献2]日本特开2009-264923号公报[专利文献3]日本特开2006-337321号公报[专利文献4]日本特开2010-025908号公报[专利文献5]日本特公昭63-011605号公报[专利文献6]日本特开2008-170286号公报[专利文献7]日本特开2010-271174号公报[专利文献8]日本特开2003-241392号公报

技术实现要素：
本发明的一个以上的示例性实施方式提供制造成本低并展现出优良特性、形成的膜的附着性和厚度分布均匀性高并且光栅形状精度高的光电编码器刻度盘，并提供这样的刻度盘的制造方法。一种根据示例性实施方式的光电编码器的刻度盘，所述刻度盘包括：基部构件；和光栅，所述光栅通过镀敷形成于所述基部构件的表面并且在所述基部构件上以预定间距排列。在光电编码器的刻度盘中，所述基部构件可以是导电性的且具有光反射面的基部构件；并且所述光栅可以是光吸收性光栅。在光电编码器的刻度盘中，所述基部构件可以是具有粗糙化了的表面的基部构件；并且所述光栅可以是光反射性金属光栅。所述光电编码器的刻度盘可以进一步包括：形成于所述基部构件的表面的导电性光透过膜，其中，所述基部构件可以是光吸收性或透过性基部构件；并且所述光栅是通过电镀法形成的光反射性金属光栅。所述光电编码器的刻度盘可以进一步包括：形成于所述基部构件的表面的导电性金属光反射膜，其中，所述光栅是通过镀敷形成于所述金属光反射膜的表面并且在所述金属光反射膜上以预定间距排列的金属光栅；并且所述金属光栅可以由与所述金属光反射膜相同的金属制成的光反射膜制成。一种根据本发明的示例性实施方式的光电编码器的刻度盘的制造方法，所述方法包括如下步骤：在基部构件的表面执行基底处理；并且通过镀敷在所述基部构件的已经经受了所述基底处理的表面形成金属光栅，使得所述金属光栅以预定间距排列。所述形成所述金属光栅的步骤可以包括如下步骤：在所述基部构件的已经经受了所述基底处理的表面通过镀敷形成金属膜；在所述金属膜上以预定间距形成抗蚀剂；并且通过利用所述抗蚀剂作为掩模来蚀刻所述金属膜而在所述基部构件上以所述预定间距形成所述金属光栅。所述形成所述金属光栅的步骤可以包括如下步骤：在所述基部构件的已经经受了所述基底处理的所述表面以预定间距形成抗蚀剂；通过镀敷在所述基部构件的所述表面上位于所述抗蚀剂之间的部分形成金属膜；并且通过去除所述抗蚀剂以预定间距在所述基部构件上形成所述金属光栅。根据本发明，能够提供制造成本低并展现出优良特性、形成的膜的附着性和厚度分布均匀性高并且光栅形状精度高的光电编码器刻度盘，并能够提供这样的刻度盘的制造方法。附图说明图1是示出根据第一实施方式的光电编码器1的外形的立体图。图2A是示出根据第一实施方式的光电编码器1中所使用的主刻度盘10的一部分的平面图。图2B是示出根据第一实施方式的光电编码器1中所使用的主刻度盘10的一部分的截面图。图3A至图3D是示出根据第一实施方式的主刻度盘10的第一种制造方法的截面图。图4A至图4C是示出根据第一实施方式的主刻度盘10的第二种制造方法的截面图。图5是示出根据第二实施方式的主刻度盘10a的截面图。图6A至图6E是示出根据第二实施方式的主刻度盘10a的第一种制造方法的截面图。图7A至图7D是示出根据第二实施方式的主刻度盘10a的第二种制造方法的截面图。图8是示出根据第三实施方式的主刻度盘10b的截面图。图9A至图9D是示出根据第三实施方式的主刻度盘10b的制造方法的截面图。图10是示出根据第四实施方式的主刻度盘10c的截面图。图11A至图11E是示出根据第四实施方式的主刻度盘10c的第一种制造方法的截面图。图12A至图12D是示出根据第四实施方式的主刻度盘10c的第二种制造方法的截面图。图13是示出根据第五实施方式的主刻度盘10d的截面图。图14A至图14D是示出根据第五实施方式的主刻度盘10d的制造方法的截面图。图15是示出根据第六实施方式的主刻度盘10e的截面图。图16A至图16E是示出根据第六实施方式的主刻度盘10e的第一种制造方法的截面图。图17A至图17D是示出根据第六实施方式的主刻度盘10e的第二种制造方法的截面图。具体实施方式下面将参照附图详细地说明本发明的实施方式。[实施方式1]图1是描绘出根据本发明第一实施方式的光电编码器1的构造的立体图。光电编码器1具有主刻度盘10、指示刻度盘20、光源30和光接收器40。主刻度盘10沿测量轴X延伸。指示刻度盘20相对于主刻度盘10移动。光源30经由指示刻度盘20朝向主刻度盘10施加光。光接收器40经由指示刻度盘20接收从主刻度盘10反射的光。主刻度盘10和指示刻度盘20分别以预定间距形成有各自的光栅（刻度）12和22。当主刻度盘10和指示刻度盘20相对于彼此移动时，刻度盘10和20的光栅12和22之间的相位关系变化。该变化由光接收器40光学地检测，由此检测指示刻度盘20相对于主刻度盘10的位置。接着，将参照图2A和图2B以具体的方式说明主刻度盘10。图2A是以放大的方式示出主刻度盘10的一部分的平面图，图2B是沿图2A中的线A-A’截取的截面图。主刻度盘10用作反射型振幅光栅。如图2B所示，主刻度盘10具有基部构件11和多个黑色光栅12。基部构件11由导电的且具有光反射面的金属（例如，不锈钢、铁或铝）制成。黑色光栅12以在基部构件11的长度方向上以预定间距排列的方式形成于基部构件11的一个表面。黑色光栅12用于在基部构件11上形成沿长度方向排列并且起到刻度作用的明/暗部。用光吸收性材料通过例如黑色镀敷（blackplating）（黑色镍或黑色铬）或黑化（blackened）处理形成黑色光栅12，并且黑色光栅12的光反射率低于基部构件11的光反射率。由于如上所述的黑色光栅12形成于由导电性金属制成的基部构件11，所以他们不仅能够通过无电镀法形成而且能够通过电镀法形成。接着，将参照图3A至图3D说明根据第一实施方式的主刻度盘10的第一种制造方法。首先，如图3A所示，通过电镀黑色镍、黑色铬等在基部构件11上形成厚度为10μm以下的黑色薄膜12’。然后，如图3B所示，在黑色薄膜12’上以在基部构件11的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图3C所示，经由抗蚀剂51蚀刻黑色薄膜12’。在该蚀刻中，在黑色薄膜12’由黑色镍制成的情况中使用硝酸型蚀刻液，并且在黑色薄膜12’由黑色铬制成的情况中使用硝酸铈（IV）铵。黑色薄膜12’的那些蚀刻之后留下来的部分是在基部构件11的长度方向上以预定间距排列的多个黑色光栅12。然后，如图3D所示去除抗蚀剂51。接着，将参照图4A至图4C说明根据第一实施方式的主刻度盘10的第二种制造方法。首先，如图4A所示，在基部构件11上以在基部构件11的长度方向上具有预定间距的排列方式形成抗蚀剂51。然后，如图4B所示，通过（上述）黑色镀敷，例如以填充抗蚀剂51之间的空间的方式，形成多个黑色光栅12。然后，如图4C所示去除抗蚀剂51。根据第一实施方式，因为黑色光栅12通过镀敷形成于金属基部构件11，从而无需使用真空室，所以能够使制造成本低。因为形成的膜的附着性和厚度分布均匀性高，并且未使用干预透光膜（interveninglighttransmissionfilm）等，所以反射效率高。另一优点在于，因为通过光蚀刻法形成黑色光栅12，所以光栅形状精度高。特别地，第一种制造方法提供了如下优点：因为对抗蚀剂51的材料没有施加关于镀敷、耐化学品预处理性或者其他因素的限制，所以能够通过简单工艺形成抗蚀剂51。第二种制造方法由于无需蚀刻黑色薄膜12’而使得能够进一步降低成本。另一优点在于，第二种制造方法不会由于侧蚀刻而导致光栅形状劣化。[实施方式2]接着，将参照图5说明根据第二实施方式的光电编码器。第二实施方式在主刻度盘10a（见图5）方面不同于第一实施方式。第二实施方式中使用的除了主刻度盘10a之外的其他构成均与第一实施方式中使用的相同，因此下面将不再详细说明。主刻度盘10a的基部构件11a由金属、玻璃、陶瓷、碳复合材料等制成，并且如图5所示其上表面被粗糙化。基部构件11a的下表面也可以被粗糙化。作为另一种选择，基部构件11a的所有表面可以被粗糙化。金属光栅12a形成为基部构件11a的粗糙上表面上的光反射膜。由于基底（underlyingsurface）被粗糙化，所以通过利用例如添加有增亮剂的镍或铬等镀敷材料的能够找平（leveling）的镀敷形成金属光栅12a。金属光栅12a以在基部构件11a的长度方向上具有预定间距的方式排列。接着，将参照图6A至图6E说明根据第二实施方式的主刻度盘10a的第一种制造方法。首先，如图6A所示，将基部构件11a的上表面粗糙化（基底处理）。可以通过喷砂或者用化学品执行粗糙化。然后，如图6B所示，在基部构件11a的粗糙化了的表面以足以使粗糙化了的表面变平的厚度通过电镀法或无电镀法形成金属薄膜12a’。随后，和图3B至图3D中的步骤一样，形成抗蚀剂51（见图6C）、蚀刻金属薄膜12a’（见图6D）并去除抗蚀剂51（见图6E）。由此完成主刻度盘10a。接着，将参照图7A至图7D说明根据第二实施方式的主刻度盘10a的第二种制造方法。首先，如图7A所示，将基部构件11a的上表面粗糙化。然后，如图7B所示，在基部构件11a的粗糙化了的表面以在基部构件11a的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图7C所示，通过电镀法或无电镀法以足以使粗糙化了的表面变平的厚度以填充抗蚀剂51之间的空间的方式形成多个金属光栅12a。然后，如图7D所示去除抗蚀剂51。根据第二实施方式，因为金属光栅12a通过在基部构件11a的粗糙化了的表面镀敷而形成，所以由于固着效果（anchoreffect）增加了金属光栅12a相对于基部构件11a的附着性。当在金属基部构件11a上形成作为光反射膜的金属光栅12a时，可以通过电镀法形成金属光栅12a。当基部构件11a由诸如玻璃等低反射率材料制成时，该实施方式提供了由漫反射产生的杂散光的影响小的优点。[实施方式3]接着，将参照图8说明根据第三实施方式的光电编码器。第三实施方式在主刻度盘10b（见图8）方面不同于第一实施方式。第三实施方式中使用的除了主刻度盘10b之外的其他构成均与第一实施方式中使用的相同，因此下面将不再详细说明。在主刻度盘10b中，与上述实施方式相同的构成将被赋予与上述实施方式相同的附图标记，并且将不再详细说明。与根据第一实施方式的主刻度盘10和根据第二实施方式的主刻度盘10a是反射型振幅光栅相反，根据第三实施方式的主刻度盘10b被用作反射型相位光栅。在主刻度盘10b中，如图8所示，在基部构件11b的表面通过基底处理形成导电膜13b。金属光栅12a经由导电膜13b形成于基部构件11b的上表面。基部构件11b由玻璃制成。导电膜13b是光反射性的并且由与金属光栅12a相同的金属（例如，镍）制成。同样，金属光栅12a形成为反射膜。在第三实施方式中，为了形成相位光栅，将金属光栅12a的厚度设定为等于施加至主刻度盘10b的光的波长的1/4。由于如上所述金属光栅12a通过镀敷形成在与金属光栅12a相同的金属制成的导电膜13b上，所以能够通过电镀法或无电镀法形成对导电膜13b具有高附着性的金属光栅12a。接着，将参照图9A至图9D说明根据第三实施方式的主刻度盘10b的制造方法。首先，如图9A所示，在基部构件11b的上表面通过无电镀法（基底处理）形成导电膜13b。然后，如图9B所示，在导电膜13b上以在基部构件11b的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图9C所示，通过电镀法或无电镀法以填充抗蚀剂51之间的空间的方式用与导电膜13b的材料相同的金属材料形成多个金属光栅12a。然后，如图9D所示去除抗蚀剂51。在第三实施方式中，由于主刻度盘10b构成相位光栅，所以金属光栅12a需要严格的膜厚度控制。而第三实施方式提供了如下优点：能够通过电镀法和无电镀法中的任意一种以高精度形成金属光栅12a，而不会发生反射光量上的减少，并且形成的膜的厚度分布均匀性以及附着性高。[实施方式4]接着，将参照图10说明根据第四实施方式的光电编码器。第四实施方式在主刻度盘10c（见图10）方面不同于第一实施方式。第四实施方式中使用的除了主刻度盘10c之外的其他构成均与第一实施方式中使用的相同，因此下面将不再详细说明。在主刻度盘10c中，与上述实施方式相同的构成将被赋予与上述实施方式相同的附图标记，并且将不再详细说明。在主刻度盘10c中，如图10所示，在基部构件11c的表面通过基底处理形成透明导电膜13c。基部构件11c由光吸收性材料（例如，经黑色镀敷的金属、玻璃、陶瓷或碳复合材料）或光透过性材料（例如，玻璃）制成。例如，透明导电膜13c由铟锡氧化物（ITO）、锡氧化物（SnO2）或锌氧化物（ZnO）制成。在透明导电膜13c上形成作为光反射膜的金属光栅12a。由于基部构件11c由光吸收性或光透过性材料制成，所以没有入射到金属光栅12a上的光穿过透明导电膜13c并且被基部构件11c吸收或穿过基部构件11c。因此，光接收器40仅探测到从金属光栅12a反射的光。接着，将参照图11A至图11E说明根据第四实施方式的主刻度盘10c的第一种制造方法。首先，如图11A所示，在基部构件11c的上表面通过例如作为低成本方法的涂布法（基底处理）形成透明导电膜13c。然后，如图11B所示，利用透明导电膜13c作为晶种层（seedlayer）在基部构件11a上通过电镀法形成金属薄膜12a’。随后，和图3B至图3D中的步骤一样，形成抗蚀剂51（见图11C）、蚀刻金属薄膜12a’（见图11D）并去除抗蚀剂51（见图11E）。由此完成主刻度盘10c。接着，将参照图12A至图12D说明根据第四实施方式的主刻度盘10c的第二种制造方法。首先，如图12A所示，在基部构件11c的上表面通过涂布法（基底处理）形成透明导电膜13c。然后，如图12B所示，在透明导电膜13c上以在基部构件11c的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图12C所示，通过电镀法以填充抗蚀剂51之间的空间的方式形成多个金属光栅12a。然后，如图12D所示去除抗蚀剂51。第四实施方式提供了与第一至第三实施方式一样的优点。此外，根据该实施方式，因为透明导电膜13c用作镀敷晶种层，所以能够容易地执行电镀法，并且具有无需去除晶种层的附加优点。进一步地，当主刻度盘10c为反射型时，通过将透明导电膜13c的厚度设定为等于λ/4能够使得来自基部构件11c的影响较小。此外，该实施方式的优点在于，当基部构件11c由透明材料制成时，主刻度盘10c能够用作反射型振幅光栅和透过型振幅光栅中的任意一种。[实施方式5]接着，将参照图13说明根据第五实施方式的光电编码器。第五实施方式在主刻度盘10d（见图13）方面不同于第一实施方式。第五实施方式中使用的除了主刻度盘10d之外的其他构成均与第一实施方式中使用的相同，因此下面将不再详细说明。在主刻度盘10d中，与上述实施方式相同的构成将被赋予与上述实施方式相同的附图标记，并且将不再详细说明。在主刻度盘10d中，如图13所示，通过使基部构件11的表面黑化（基底处理）形成黑化层13d。金属光栅12a形成为黑化层13d上的光反射膜。用于形成黑化层13d的黑化处理可以是表面氧化处理等。接着，将参照图14A至图14D说明根据第五实施方式的主刻度盘10d的制造方法。首先，如图14A所示，通过使不锈钢、铁、铝等制成的金属基部构件11的表面黑化（基底处理；氧化处理或黑色镍的形成）而形成黑化层13d。然后，如图14B所示，在黑化层13d上以在基部构件11的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图14C所示，通过电镀法或无电镀法以填充抗蚀剂51之间的空间的方式形成多个金属光栅12a。然后，如图14D所示去除抗蚀剂51。除了上述优点之外，第五实施方式还提供了通过黑化处理使得金属薄膜对基部构件11的附着性较高的优点。[实施方式6]接着，将参照图15说明根据第六实施方式的光电编码器。第六实施方式在主刻度盘10e（见图15）方面不同于第一实施方式。第六实施方式中使用的除了主刻度盘10e之外的其他构成均与第一实施方式中使用的相同，因此下面将不再详细说明。在主刻度盘10e中，与上述实施方式相同的构成将被赋予与上述实施方式相同的附图标记，并且将不再详细说明。在主刻度盘10e中，如图15所示，通过镍镀敷、铬镀敷等（基底处理）使导电膜13e形成为在基部构件11的表面上的光反射膜。金属光栅12e由光吸收性的黑色镀敷材料（黑色镍或黑色铬）制成。基部构件11可以由诸如金属、玻璃或树脂等任何材料制成。当基部构件11由非导电性材料制成时，可以通过无电镀法形成导电膜13e。接着，将参照图16A至图16E说明根据第六实施方式的主刻度盘10e的第一种制造方法。首先，如图16A所示，通过例如镀敷（基底处理）在基部构件11的上表面形成作为光反射膜的导电膜13e。然后，如图16B所示，通过例如黑色镀敷在导电膜13e的表面形成作为光吸收膜的金属薄膜12e’。随后，和图3B至图3D中的步骤一样，形成抗蚀剂51（见图16C）、蚀刻金属薄膜12e’（见图16D）并去除抗蚀剂51（见图16E）。由此完成主刻度盘10e。接着，将参照图17A至图17D说明根据第六实施方式的主刻度盘10e的第二种制造方法。首先，如图17A所示，在基部构件11c的上表面通过例如镀敷形成作为光反射膜的导电膜13e。然后，如图17B所示，在导电膜13e的表面以在基部构件11的长度方向上以预定间距排列的方式形成抗蚀剂51。然后，如图17C所示，通过黑色镀敷以填充抗蚀剂51之间的空间的方式形成多个金属光栅12e。然后，如图17D所示去除抗蚀剂51。除了上述优点之外，第六实施方式还提供了如下优点：因为金属光栅12e是通过黑色镀敷形成的光吸收层，所以能够容易地执行膜厚度控制；以及因为对基部构件11的材料没有施加限制，所以能够为基部构件11选择最佳的材料。虽然本发明的以上实施方式针对线性编码器，不言而喻，本发明也能够适用于旋转编码器。