ロボットの指関節用および精密機器用マイクロ回転エンコーダの試作

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11355018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 羽根 一博 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50164893)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 実 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70282100) ; 南 和幸 山口大学, 工学部, 助教授 (00229759) ; 江刺 正喜 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20108468) ; 家城 淳 オークマ株式会社, 開発部, 主務研究員
• Keywords: 光エンコーダ / マイクロマシニング / リソグラフィ / 精密機器 / 回析格子

Research Abstract

鋼軸円柱表面にエンコーダ用の格子パターンを製作した。円筒面にポリイミド膜を塗り、表面を平坦化した後、レジストを塗布した。レジストの塗布においては、レジスト霧化装置を開発した。霧化において、粒径の最適化、基板温度の最適化を行い、試料を移動、回転させ、レジストの加圧圧力、流量を制御することで、円筒面や凹凸面であっても、均一なレジスト膜を成膜できる条件を得た。エンコーダ用のパターンを転写するために、一回転整合型の露光装置を開発した。半導体用マスクを円筒面に近接させて光を照射しながら、マスクを平行移動させ、円筒を回転させる。マスクの平行移動と円筒の回転は精密に制御できるので、転写のはじめと終わりのパターンを精密に位置合わせできる。このため従来の転写で困難であったパターンのつなぎ合わせの問題を解決した。直径3mmのステンレス円柱の表面に周期40μmの格子パターンを転写できた。次にエンコーダの光学設計を行った。回転による変位の検出方法として、コヒーレントなレーザ光を用いる場合には、反射光のフーリエ像を利用する機構を設計した。またLEDなどのインコヒーレント光源を用いる場合にはグレーティング映像法を利用する機構を設計した。光検出器の製作においては、フォトダイオードアレイを用いるインデックス格子を設計した。さらにシリコンの微細加工によりフォトダイオードの試作を行った。格子周期40μmのフォトダイオードアレイを製作でき、光検出特性を確認した。

Research Products

• [Publications] A.Ieki,K.Matsui,M.Nashiki,K.Hane: "Pitch-modulated phase grating and its application to displacement encoder"Journal of Modern Optics. 47・. 印刷中 (2000)
• [Publications] T.Ohashi,T.Hirano,A.Ieki,K.Matsui,M.Nashiki,M.Sasaki,K.Hane: "Optical Encoder Having Pitch-Modulated Photodiode Array"電気学会論文誌 E. 119E・2. 86-93 (1999)
• [Publications] A.Ieki,K.Hane,T.Yoshizawa,K.Matsui,M.Nashiki: "Optical encoder using a slit-width-modulated grating"Journal of Modern Optics. 46・1. 1-14 (1999)