JP2003139507A - サブミクロン精度のエッジ検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サブミクロンの精度で物体のエッジ位置を検出
することが可能な手段を提供する。 【解決手段】サブミクロン精度を有するエッジ検出器を
開示する。エッジ検出器は、２つのシングルモード光フ
ァイバ(102,110)から構成され、それらのファイバの間
に光路が存在する。一方のファイバは、レーザー光源(1
08)に結合されて、光ビームを生成する。他方のファイ
バは、光パワー検出器(116)に結合される。光パワー検
出器に到達する光パワーは、どの程度の光ビームが物体
によって遮られるかにより決まる。従って、物体のエッ
ジの位置を、光パワー検出器によって計測された光パワ
ーから求めることができる。物体のエッジを、光パワー
検出器によって計測された光パワーに従って自動的に位
置決めすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には集積化
光学装置などの電子部品や光学部品の組立ならびに試験
の分野に関連し、より詳しくは、エッジ検出に関する。 【０００２】 【従来の技術】集積光素子（集積光デバイス）などの装
置の組立ならびに試験は、構成要素の正確なアライメン
トが必要である。例えば、光学チップ部品に光ファイバ
ーを結合する組立工程には、現在のところ１ミクロン以
下の機械的位置決め精度が要求される。しかしながら、
チップ配置装置や試験及び組立ステーションへの光学チ
ップの手動装着の機械的再現性は、１ミクロンよりも非
常に大きなものである。かくして、嵌合ファイバーに関
するチップ嵌合端の位置の精度は、数ミクロン程度にす
ぎないものとして知られている。従って、部品の相対的
な位置に十分な精度を獲得するのに追加のステップを施
さねばならなくなるのである。 【０００３】一つの手法は、部品の手操作による位置決
めを伴う顕微鏡の使用である。この手法は、訓練された
熟練オペレータを必要とする。これは費用が高く、人為
的エラーを招きやすい。 【０００４】他の手法は、画像処理ソフトウェアと位置
決め装置のコンピュータ制御とを組み合わせた映像顕微
鏡の使用である。この種の装置は高価であり比較的速度
が遅く、測定精度は数ミクロンが限界とされている。 【０００５】これらの手法で使用される装置は、組立体
や試験プロセスの完了に必要な他の処理装置の邪魔とな
りやすい。 【０００６】他の手法では、物体（以下では対象物体と
記す）のエッジ検出に光源と光センサを用いる。検出器
に到達する光量は、光源とセンサの間の光路を対象物体
が遮蔽するにつれて低減する。この手法の精度は、検出
器の大きさと光強度を計測することが可能な精度とによ
って制限される。光源に対する入力電流からセンサの出
力電流への伝達効率における変動が、システムにばらつ
きを導入し、このことがこの種の装置の精度を制限して
いる。Ｍａｓｔｅｎに付与された米国特許第５，１８
７，３７５号には、この課題を緩和するために、２つの
検出器を有するエッジ検出装置が記載されている。しか
しながら、この種のシステムでは、第１にセンサが外光
（周囲光）と光源光とに応答するという理由から、また
第２に検出器の大きさが要求されるサブミクロン精度に
比べ大きいという理由から、精度に制約を受ける。Ｍａ
ｓｔｅｎの検出器では、センサは光源を遥かに上回る大
きさであり、１００ミル（０．１インチ）の長さを有す
る。 【０００７】さらに別の手法は、レーザー干渉計使用法
であり、これは単色光の伝送ビームと反射ビーム間の位
相差を位置測定に用いるものであるが、この手法は、複
雑な機器が必要であり、非常に高価である。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従って、１ミクロンの
数分の一の範囲内で対象物体のエッジを測定できるエッ
ジ検出器が当該技術分野において必要とされている。 【０００９】さらに、自動的にかつ実時間で動作できる
非接触位置決めシステムが必要とされている。 【００１０】さらにまた、低コストでサブミクロン精度
を達成する非接触位置決めシステムが必要とされてい
る。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、一般に、サブ
ミクロン精度によるエッジ検出方法及び装置に関するも
のである。エッジ検出装置は、両者間に光路を有する２
つのシングルモード光ファイバーからなる。一方のファ
イバーはレーザー光源に結合してあり、光ビームを生成
する。他方のファイバーは、光パワー検出器に結合して
ある。光パワー検出器に到達する光パワーは、対象物体
により光ビームがどの程度遮蔽されるかにより測定され
る。かくして、対象物体のエッジ位置を、検出器により
計測された光パワーから決定することができる。 【００１２】対象物体を、検出器によって計測された光
パワーに従って自動的に位置決めすることができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】本発明の特徴と信ずる新規な特徴
は、特許請求の範囲に記載してある。しかしながら、添
付図面及び以下の例示的な実施形態の詳細な説明を参照
することにより、本発明を、本発明の好適な使用態様だ
けでなく、本発明の他の目的及び利点について、最も良
く理解することができよう。 【００１４】本発明には多くの異なる形態の実施形態の
余地があるが、本明細書及び図面による開示を本発明の
原理を例示したものとして考え、図示し説明した特定の
実施形態に本発明を限定する意図のないことを理解した
上で、以下に１以上の特定の実施形態を図示し、詳細に
説明する。下記の説明では、いくつかの図において同一
または同様のまたは対応する部分を示すために同一の参
照符号を用いている。 【００１５】本発明の装置によれば、光学チップなどの
対象物体のエッジ検出に用いることのできるエッジ検出
器が提供される。図１に示したエッジ検出器１００を参
照すると、受光端１０４と送光端１０６を有する第１の
光ファイバー１０２が、受光端１０４においてＬバンド
レーザーまたはＣバンドレーザーといったレーザー光源
１０８に光学的に結合されており、送光端１０６におい
て光ビームを生成する。受光端１１２と送光端１１４を
有する第２の光ファイバー１１０が、送光端１１４にて
光パワー検出器（光強度検出器）１１６に光学的に結合
されている。光パワー検出器は、例えば接合型フォトダ
イオードでよい。２本の光ファイバー１０２，１１０は
保持具１１８により所定位置に保持してあり、第１の光
ファイバーの送光端１０６から第２の光ファイバーの受
光端１１２までの光路が存在するよう位置決めされる。
第１の光ファイバー１０２により伝送された光ビームは
第２の光ファイバー１１０により受光され、光パワー検
出器１１６へ伝送される。好適な実施形態では、第１の
ファイバー１０２の送光端及び第２のファイバー１１０
の受光端は同軸対向させて保持されており、光は第１の
ファイバーから直接第２のファイバーへ通過するように
なっている。ファイバー端部だけは整列配置しなければ
ならないが、ファイバーの残りの部分は任意の向きに配
向されていてもよい。他の実施形態では、光路を間接的
なものとし、光ビームを反射する１以上の反射鏡を含む
こともできる。このことで性能が少しばかり損なわれる
が、いくつかの用途では、他の利益が提供される場合が
ある。好適な実施形態では、光パワー検出器が光パワー
を電気信号に変換する。この信号を、後述する如くディ
スプレイや位置決めシステムのコントローラに結合する
ことができる。 【００１６】光パワー検出器は、検出器に到達する光量
に関する任意の量を計測することができる。例えば、振
幅や平方自乗平均振幅や任意の振幅関数を用いることが
できる。 【００１７】好適な実施形態では、ファイバーはシング
ルモード光ファイバーである。第１のファイバーの送光
端と第２のファイバーの受光端は、それらの間にギャッ
プをもたせて同軸配置される。ファイバーの相対運動
が、第１のファイバーから第２のファイバーへ伝送され
る光量の変動を招くことがある。好適な実施形態では、
ファイバーを保持具１１８に保持して、ファイバーの相
対的な動きを防止する。 【００１８】２本のファイバー間の光路が遮蔽されてい
ないときは、検出器での光パワーは最大となる。検出器
における最大出力は、Ｐ_ｍａｘと表す。対象物体が光路
を部分的に遮蔽するときは、光ビームの一部が検出器へ
の到達を阻止され、検出器における光パワーは減衰す
る。検出器でのパワーは、 Ｐ（ｄ）＝Ｐ_ｍａｘＦ（ｄ，γ） であり、ここで、ｄは、対象物体がビーム内に侵入した
深さであり、Ｆ（ｄ）は光ビームの断面を横切る光分布
と対象物体の光学的特性とに依存する関数である。対象
物体によりビーム全体が遮蔽されたときでも光パワーが
零にならないよう、対象物体を部分的に半透明にするこ
とができる。このことは、対象物体が光学部品であると
きに往々にして当てはまる。 【００１９】最大パワーに対する検出器におけるパワー
の比は、 Ｆ（ｄ）≡Ｐ（ｄ）／Ｐ_ｍａｘ で表わされる。関数Ｆ（ｄ）は、対象物体がビーム外部
にあるときに値１をとる。一実施形態では、関数Ｐ
（ｄ）は較正により決定される。他の実施形態では、関
数Ｆ（ｄ）を較正により決定する。この関数は、関数Ｐ
（ｄ）よりも短い時間にわたって変動するであろう。何
故ならそれはレーザー光源の強度に依存しないからであ
る。関数Ｆ（ｄ）を決定するために、光パワーＰ（ｄ）
は距離ｄの関数として計測され、関数Ｆはパワー比Ｆ
（ｄ）＝Ｐ（ｄ）／Ｐ_ｍａｘとして計算される。 【００２０】対象物体の位置は、ｄ＝Ｆ^−１［Ｐ（ｄ）
／Ｐ_ｍａｘ］として得られる。ここで、逆関数Ｆ
^−１は、解析的に、またはルックアップテーブルを用い
て求められる。 【００２１】本発明に従って計測される最大パワーに対
する検出器におけるパワーＦ（ｄ）≡Ｐ（ｄ）／Ｐ
_ｍａｘのプロットが、図２に示されている。図２の横軸
は、ビーム中心から対象物体のエッジまでの距離を表わ
す。本例では、対象物体は不透明である。エッジがビー
ム中央にあるときに、ビームのパワーの半分は阻止さ
れ、相対パワーは０．５となる。検出器において計測さ
れたパワーと対象物体位置との関係を表す曲線の形状
は、ビームの断面（またはビームの断面積）と光ファイ
バーの特性とに依存する。特定のシステムについては、
この関係を、較正により得ることができる。 【００２２】関数Ｆにより表わされるパワー比の重要な
特性は、レーザー光源の全体的なパワーすなわち強度と
は無関係である。この比率は、光ビームの断面を横切る
光分布と対象物体の光学的特性とにだけ依存する。これ
らの特性は一般に、温度変動や光源強度などに起因する
変化を受けない。最大パワーは、対象物体がビーム内に
侵入する前に再計測することができる。これにより、多
数のセンサを必要とする従来のエッジ検出器に関連する
付加コスト及び複雑さが回避される。加えて、レーザー
光源は一般に非常に安定であり、単色光源は近くの物体
で反射され、または屈折した光からの干渉をより受けに
くいのである。 【００２３】検出器の感度は、パワー比が位置によって
どの程度素早く変化するかによって定量化される。パワ
ー比は対象物体の相対位置ｄ／Ｄの関数であり、従っ
て、距離に対するパワーの変化の比は、 ∂Ｆ（ｄ）／∂ｄ＝（１／Ｄ）・∂Ｆ（ｄ）／∂（ｄ／
Ｄ） となる。式の右辺の第２項は、無次元の幾何学的係数で
あり、従って、この式は、ビーム深さＤが減少するにつ
れて感度が増大することを示している。かくして、本発
明のレーザー光源とシングルモード光ファイバーにより
提供される、極めて狭幅のビームの使用により、極めて
高感度のエッジ検出器がもたらされる。一般に、感度は
（エッジと平行な）ビームの幅が最大となる箇所で最大
となる。 【００２４】感度はレーザー光源の使用によりさらに高
められる。何故なら光ビームが単色であるからである。
レーザー光波長より長いかまたは短い波長を有する外光
は、検出器により濾波して除外することができる。さら
に、シングルモードファイバーの遮断波長よりも長い波
長を有する光は、ファイバー内で減衰させられる。 【００２５】自動制御システムでは、対象物体の位置
を、パワー比Ｒが特定範囲内に入るまで調整することが
できる。すなわち、その位置は、α，βを０＜α＜β＜
１を満たす閾値レベル（すなわち、αが下限閾値で、β
が上限閾値）としたときに、条件α＜Ｐ（ｄ）／Ｐ
_ｍａｘ＜βを満たすまで調整される。パラメータα，β
は、ビーム幅に対して要求される精度をもたらすよう選
択することができる。同様に、対象物体の位置も光パワ
ーＰが特定の範囲内となるまで調整できる。例えば、そ
の位置を、αＰ_ｍａｘ＜Ｐ＜βＰ_ｍａｘなる条件が満た
されるまで調整することができる。Ｐ_ｍａｘの値は、予
め決定するかまたは一定の間隔でもって再計測すること
ができる。さらに別の実施形態では、その位置を、Ｐ
_ｍｉｎ＋α（Ｐ_{ｍ ａｘ}−Ｐ_ｍｉｎ）＜Ｐ＜Ｐ_ｍｉｎ＋β
（Ｐ_ｍａｘ−Ｐ_ｍｉｎ）なる条件が満たされるまで調整
することができる。Ｐ_ｍｉｎの値は、対象物体がビーム
を完全に遮蔽したときの光パワーの値を表わす。この値
は、予め決定するか、または、一定の間隔でもって再計
測することができる。本実施形態の利点は、それが異な
る対象物体間の不透明度の変動による影響をより受けに
くいということである。 【００２６】対象物体を、例えばリニアサーボモータに
より制御される位置決めステージを用いて位置決めする
ことができる。５０ｎｍ以下ずつ対象物体を移動するこ
とができるこの種の位置決めステージは、市場を通じて
調達することができる。 【００２７】例えば、対象物体を範囲ｄ_１＜ｄ＜ｄ_２内
に位置決めすることを望む場合は、Ｐ（ｄ_２）＜Ｐ
（ｄ）＜Ｐ（ｄ_１）なる条件を満たさねばならず、すな
わち等価的には、 Ｆ（ｄ_２）Ｐ_ｍａｘ＜Ｐ（ｄ）＜Ｆ（ｄ_１）Ｐ_ｍａｘ を満たさねばならない。本例では、パラメータはα＝Ｆ
（ｄ_２）及びβ＝Ｆ（ｄ _１）である。検出器を、大きさ
がδの離散的な刻み幅で制御される位置決めステージと
共に用いた場合、所望位置をｄ_０としたときに、ｄ_１及
びｄ_２を、ｄ_１＝ｄ_０−δ／２，ｄ_２＝ｄ_０＋δ／２と
なるよう選択することができる。 【００２８】一実施形態では、位置決めステージはコン
トローラによって自動的に制御される。このことは、図
３に概略的に示されている。対象物体は位置決めステー
ジ１２２により支持され、このステージが対象物体１２
０の位置を位置検出器に対して調整できるようにしてい
る。コントローラ１２４が、光パワー検出器１１６から
検出器出力信号１２６を受け取る。コントローラは、好
ましくはコンピュータ上で稼働するソフトウェアにおい
て実装されるが、アナログコントローラを用いることも
できる。検出器出力信号１２６に応答して、コントロー
ラは位置決めステージ１２２へ送る制御信号１２８を生
成する。一つの制御方針は、Ｐ（ｄ_２）＜Ｐ（ｄ）＜Ｐ
（ｄ_１）なる条件が満たされるまで位置の範囲を走査す
ることである。他の制御方針は、現在の光パワーＰ（ｄ
_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）と所望位置における光パワーＰ
（ｄ_０）との間の差分に従って位置を変更することであ
る。このことは、 ｄ_ｎｅｗ＝ｄ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}＋Ｇ（Ｐ（ｄ
_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）−Ｐ（ｄ_０）） と書き表すことができる。ここで、Ｇは線形または非線
形の利得関数であり、Ｐ（ｄ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）またはＦ
（ｄ_{ｃｕｒｒｅｎｔ}）に依存する。例えば、利得関数
は、Ｇ（ｘ）＝−μＦ^−１（ｘ／Ｐ_ｍａｘ）とすること
ができ、ここでμはパラメータである。 【００２９】他の実施形態では、検出器を、静止した対
象物体のエッジ位置を求めるために移動させることがで
きる。 【００３０】光ファイバーを、ファイバー保持具により
保持することができる。好適な実施形態では、ファイバ
ー保持具は、図４に示すような斜角付きエッジならびに
フレームを有する保持ブロックを備える。光ファイバー
１０２，１１０は、保持ブロック４０２，４０４の斜角
付きエッジ（すなわち、エッジが斜めに角度をつけて切
られている）とフレーム４０６の間に形成されたチャン
ネルに保持されている。保持ブロックは、ファイバーを
損傷しないようにファイバーに対して可撓性を有する材
料（またはファイバーに適合した材料）で構成するのが
好ましい。デルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）プラスチックなど
のポリカーボネート材料を使用することができる。フレ
ーム４０６は、両方の光ファイバーを保持している。単
一の保持ブロックを用いることも、または、図４に示し
たように各光ファイバーについて、一つの保持ブロック
を用いることもできる。フレーム４０６は、対象物体を
受けるための検出ギャップ４０８を生成するようにし
て、ファイバーを同軸に対向させて保持する。フレーム
４０６は、光ファイバーのためのガイドとしても機能す
ることができる。保持ブロックは、図４に矩形として図
示してあるが、他の形状を保持ブロックに対して用いる
こともできる。例えば、湾曲したブロックを用いて、フ
ァイバーがフレームから互いに平行に出てくるようにフ
ァイバーの向きを変えることもできる。 【００３１】他のファイバー保持具が当業者には明らか
であろう。これらは、様々な種類のクランプを含む。フ
ァイバーは、ファイバー保持具に埋め込むか、またはそ
れに縛り付けることができる。 【００３２】対象物体のエッジを位置決めする方法を表
わすフローチャートが図５に示されている。ブロック５
０２から始まり、ブロック５０４にてレーザー光源から
レーザー光線が生成される。ブロック５０６では、レー
ザー光線はレーザー光源に一端が結合された第１の光フ
ァイバーを通過する。これは、第１の光ファイバーの他
端に光ビームを形成する。ブロック５０８において、ビ
ームは、第２の光ファイバーの端部で受光され、ブロッ
ク５１０で光パワー検出器へ送られる。判断ブロック５
１２では、光パワーが所定範囲内にあるかどうかを判定
するための検査が行われる。判断ブロック５１２からの
肯定分岐によって示されるように、それが所定範囲内に
あれば、所定の光量が検出器へ達していることになる。
このことは、ビームのうちの適正な部分が対象物体によ
り遮蔽されていることを意味し、従って、対象物体のエ
ッジが検出器に対して所望位置にあることを意味する。
光パワーが所定範囲内にない場合には、判断ブロック５
１２からの否定分岐によって示されるように、対象物体
と検出器の相対的な位置が調整される。これは、検出器
を移動させるか、または対象物体を移動させることによ
って達成することができる。 【００３３】本発明のエッジ検出器の好適な実施形態の
図が、図６（Ａ）乃至６（Ｃ）に示してある。図６
（Ａ）は、エッジ検出器６００の側面図である。エッジ
検出器６００は、光ファイバー６０２と出力光ファイバ
ー６０４からなり、それらはフレーム６０６と保持ブロ
ック６０８の間に保持されている。本実施形態では、斜
角付きエッジを有する保持ブロックの表面を湾曲させ
て、ファイバーを９０°屈曲させている。保持ブロック
はねじ（螺子）９０９，６１１または他の適切な固定手
段を用いてフレーム６０６に固定されている。フレーム
６０６は、光ファイバーのためのガイドとして機能す
る。光ファイバーはさらにクランプ６１２により固定さ
れており、そのクランプはそのスロットを挿通するねじ
６１３によりフレーム６０６に固定されている。クラン
プはさらに、クランプとフレームの表面間にファイバー
を保持することによってフレームに対するファイバーの
動きを制限する。光は、入力光ファイバー６０２の送光
端から出力光ファイバー６０４の受光端へと検出ギャッ
プ６１４を横切って通過する。レーザー光源と光パワー
検出器は、図示していないが、離れた場所にあってもよ
い。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）において「６Ｂ」として
示した方向からみた断面を示す。入力光ファイバー６０
２は、フレーム６０６と保持ブロック６０８の斜角付き
エッジの２つの面間に形成されたチャンネル内に保持さ
れる。保持ブロック６０８は、ねじ６０９によりフレー
ム６０６に固定される。図６（Ｃ）は、エッジ検出器６
００の等角図である。 【００３４】エッジ検出器を組み込んだシステムが、図
７に示してある。検出対象エッジを有する対象物体７０
２はホルダ７０４内に配置されており、このホルダは対
象物体位置決めステージ７０６に取り付けられている。
対象物体位置決めステージ７０６の長さに沿ったホルダ
７０４の位置は、リニアサーボモータまたは他の適切な
調整手段により調整することができる。エッジ検出装置
７０８は位置決めプラットフォーム７１０上に取り付け
られており、このプラットフォームは検出器位置決めス
テージ７１２に取り付けられている。検出器位置決めス
テージに対するホルダ７１０の位置を、対象物体位置決
めステージ７０６に垂直な方向においてリニアサーボモ
ータにより調整することができる。エッジ検出器較正基
準７１４が、既知の場所においてホルダ７０４に取り付
けられており、エッジ検出器の較正に用いられる。 【００３５】他の実施形態では、第１及び第２のファイ
バーは単一のファイバーからなる。図８に示すように、
対象物体１２０は位置決めステージ１２２により支持さ
れており、これにより、対象物体１２０の位置を位置検
出器に対して調整することができる。コントローラ１２
４は、光パワー検出器１１６から検出器出力信号１２６
を受信する。コントローラは、好ましくはコンピュータ
上で稼働するソフトウェアにおいて実装されるが、アナ
ログコントローラを用いることもできる。検出器出力信
号１２６に応答して、コントローラは位置決めステージ
１２２へ送られる制御信号１２８を生成する。レーザー
光源１０８は、第１の光ファイバー１０２を介して３ポ
ートサーキュレータ（または、３ポートカップラー）の
第１のポートに光学的に結合される。光は、３ポートカ
ップラーの第２のポートに結合された単一ファイバー８
０４に３ポートサーキュレータを介して伝送される。光
は、ファイバー８０４の終端まで伝送され、光ビームを
生成する。光ファイバー８０４は保持具１１８により所
定位置に保持されて位置決めされ、かくしてファイバー
の端部８０６からミラー（ここでは反射鏡）８０２へ至
り、ファイバー８０４の端部８０６へ戻る光路が存在す
ることになる。ファイバーにより受光された光ビームは
３ポートサーキュレータの第２のポートへ伝送されて戻
り、サーキュレータの第３のポートへ案内される。光パ
ワー計１１６が第２の光ファイバー１１０を介して３ポ
ートサーキュレータの第３のポートに光学的に結合され
ており、反射鏡から反射されて戻る光を受光する。対象
物体が部分的に光ビームを遮蔽すると、光パワー計１１
６に達する光パワーは減少する。対象物体の位置を、光
パワー計からの出力１２６に応じてコントローラ１２４
により調整することができ、これにより対象物体はファ
イバー保持具１１８に対して所望位置に置かれる。 【００３６】当業者には、３ｄＢカップラーのような他
の光学的装置を上記３ポートサーキュレータの代わりに
使用することができるということは明白であろう。 【００３７】さらに別の実施形態では、ファイバー保持
具は、位置決めステージに取り付けられており、この位
置決めステージを、コントローラ１２４によって制御し
て、ファイバー保持具の位置を対象物体に対して動かす
ことができる。 【００３８】好適な実施形態を参照して、本発明を具体
的に図示し説明したが、本発明の思想及び範囲を逸脱す
ることなく、その形態及び細部をさまざまに変更するこ
とが可能であることは当業者には明かであろう。 【００３９】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．対象物体のエッジを検出するためのエッジ検出器に
おいて、受光端と送光端を備えた第１の光ファイバー
（１０２）であって、受光端でレーザー光を受光し、送
光端で光ビームを生成するよう構成された、第１の光フ
ァイバーと、受光端が光ビームを受光して送光端へ光を
送るように配置された、前記受光端と前記送光端を備え
た第２の光ファイバー（１１０）と、前記第２の光ファ
イバーの送光端に光学的に結合され、該第２の光ファイ
バーを介して伝送された光の光パワーを示す出力を有す
る光パワー検出器（１１６）を備え、前記対象物体が光
ビームを少なくとも一部遮蔽して、前記光パワー検出器
の出力における変化を引き起こしたときに、前記対象物
体のエッジを検出することからなる、エッジ検出器。 ２．対象物体のエッジの位置決め装置であって、レーザ
ー光源（１０８）と、受光端と送光端を備えた第１の光
ファイバー（１０２）であって、受光端でレーザー光源
に光学的に結合され、送光端で光ビームを生成する第１
の光ファイバーと、出力として光パワー信号を供給する
光パワー検出器（１１６）と、受光端と送光端を備えた
第２の光ファイバー（１１０）であって、送光端にて光
パワー検出器に光学的に結合された第２の光ファイバー
と、前記第２の光ファイバーの受光端が光ビームを受光
するように前記第１及び第２の光ファイバーを保持する
ための保持具（１１８）と、対象物体と光ビームの相対
位置を調整するための位置決めステージ（１２２）と、
位置決めステージに動作可能に結合されて、光パワー信
号に応答するコントローラ（１２４）であって、前記位
置決めステージをして前記対象物体を光ビームに対する
所定位置に位置決めさせるよう構成されたコントローラ
を備える、位置決め装置。 ３．対象物体のエッジを検出するためのエッジ検出器で
あって、少なくとも３つのポートのうちの第１のポート
においてレーザー光を受光するように構成された、前記
少なくとも３つのポートを有する光カップラー（８０
８）と、第１の端部において、前記少なくとも３つのポ
ートのうちの第２のポートに光学的に結合されて、前記
第２のポートからレーザー光を受光し、第２の端部にて
光ビームを生成する光ファイバー（８０４）と、光ファ
イバーの前記第２の端部からあるギャップだけ分離され
ていて、レーザー光ビームを受光して前記光ファイバー
の前記第２の端部へ反射して戻すよう位置決めされたミ
ラー（８０２）と、前記光ファイバーと前記ミラーを保
持するための保持具（１１８）と、前記少なくとも３つ
のポートのうちの第３のポートに光学的に結合された光
パワー計（１１６）であって、第２の光ファイバーを介
して伝送された光の光パワーを示す出力を有する光パワ
ー計を備え、対象物体のエッジが、前記ギャップ内で対
象物体が光ビームの少なくとも一部を遮蔽して、光パワ
ー計の出力に変化を引き起こしたときに検出されること
からなる、エッジ検出器。 ４．対象物体と光ビームの相対位置を調整するための位
置決めステージ（１２２）と、前記位置決めステージに
動作可能に結合されて、光パワー信号に応答するコント
ローラ（１２４）であって、前記位置決めステージをし
て対象物体を光ビームに対する所定位置に位置決めさせ
るように構成されたコントローラをさらに備える、上項
３のエッジ検出器。 ５．対象物体のエッジを検出するためのシステムにおい
て、該システムが、エッジ検出器と、対象物体の位置を
第１の方向に調整するための対象物体位置決めステージ
（７０６）と、エッジ検出器の位置を第２の方向に調整
するための検出器位置決めステージ（７１２）を備え、
前記エッジ検出器が、受光端と送光端を備えた第１の光
ファイバー（１０２）であって、受光端でレーザー光を
受光し、送光端にて光ビームを生成するよう構成された
第１の光ファイバーと、受光端と送光端を備える第２の
光ファイバー（１１０）であって、前記受光端が光ビー
ムを受光して前記送光端へ光を送るように配置される、
第２の光ファイバーと、前記第２の光ファイバーの前記
送光端に光学的に結合され、前記第２の光ファイバーを
介して伝送された光の光パワーを示す出力を有する光パ
ワー検出器（１１６）を備え、対象物体のエッジを、前
記対象物体が前記光ビームを少なくとも一部遮蔽して前
記光パワー検出器の出力に変化を引き起こしたときに検
出することからなる、システム。 ６．対象物体位置決めステージと検出器位置決めステー
ジとに動作可能に結合されて、光パワー信号に応答する
コントローラであって、前記対象物体位置決めステージ
と検出器位置決めステージをして対象物体のエッジを光
ビームに対する所定位置に位置決めさせるよう構成され
たコントローラをさらに備える、上項５のシステム。 ７．対象物体のエッジの位置決め方法であって、第１の
光ファイバーを介してレーザー光源からの光を通過させ
ることによって光ビームを生成するステップ（５０４，
５０６）と、第２の光ファイバーを介して前記第１の光
ファイバーからの光ビームを受光するステップ（５０
８）と、受光した光の光パワーを検出するステップ（５
１０）と、対象物体のエッジを前記光ビーム内に位置決
めして、受光した光の光パワーが下限閾値を越え上限閾
値未満となるようにするステップ（５１６）を含む、方
法。 ８．光パワーに応答して位置決めステージを制御するス
テップをさらに含む、上項７の方法。 ９．前記制御するステップが、目標光パワーを設定する
ステップと、光パワーが下限閾値を越え上限閾値未満と
なるまで前記位置決めステージを光パワーと目標光パワ
ーとの間の差分に比例する距離だけ繰り返し動かすステ
ップを含むことからなる、上項８の方法。 １０．前記制御するステップが、目標光パワーを設定す
るステップと、光パワーが下限閾値を越え上限閾値未満
となるまで前記位置決めステージを所定距離だけ繰り返
し動かすステップを含むことからなる、上項８の方法。 【００４０】本発明は、サブミクロン精度を有するエッ
ジ検出器に関する。本発明のエッジ検出器は、２つのシ
ングルモード光ファイバ(102,110)から構成され、それ
らのファイバの間に光路が存在する。一方のファイバ
は、レーザー光源(108)に結合されて、光ビームを生成
する。他方のファイバは、光パワー検出器(116)に結合
される。光パワー検出器に到達する光パワーは、どの程
度の光ビームが物体によって遮られるかにより決まる。
従って、物体のエッジの位置を、光パワー検出器によっ
て計測された光パワーから求めることができる。物体の
エッジを、光パワー検出器によって計測された光パワー
に従って自動的に位置決めすることができる。 【００４１】 【発明の効果】本発明によれば、サブミクロンの精度で
物体のエッジ位置を検出することが可能な手段が得られ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態によるエッジ検出器を示す
図である。 【図２】本発明による、対象物体位置とエッジ検出器の
出力との間の関係の１例を示すグラフである。 【図３】本発明の一実施形態によるエッジ検出器を組み
込んだ自動位置決めシステムを示す図である。 【図４】本発明のエッジ検出器のファイバー保持具を示
す図である。 【図５】本発明による対象物体のエッジの位置決め方法
を示すフローチャートである。 【図６】本発明のエッジ検出器の好適な実施形態を示す
図である。 【図７】本発明によるエッジ検出器を組み込んだシステ
ムを示す図である。 【図８】本発明の別の実施形態によるエッジ検出器を組
み込んだシステムを示す図である。 【符号の説明】 １００ エッジ検出器 １０２ 第１の光ファイバー １０８ レーザー光源 １１０ 第２の光ファイバー １１２ 受光端 １１４ 送光端 １１６ 光パワー検出器 １１８ 保持具 １２０ 対象物体 １２２ 位置決めステージ １２４ コントローラ ８０８ ３ポートサーキュレータ（または光カップラ
ー）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード・ステケティー アメリカ合衆国コロラド州80525，フォー トコリンズ，パークウェイ・コート・509 (72)発明者 ジョン・バーナード・メドベリー アメリカ合衆国コロラド州80550，ウイン ザー，ケノシャ・コート・618 (72)発明者 ベンノ・グゲンハイマー アメリカ合衆国コロラド州80521，フォー トコリンズ，パーク・ストリート・608 Ｆターム(参考） 2F065 AA12 CC21 CC25 DD02 DD06 GG04 HH04 JJ18 LL02 PP12 2H037 BA02 BA11 BA31 DA03 DA04

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】物体のエッジを検出するためのエッジ検出
   器において、 受光端と送光端を備えた第１の光ファイバー（１０２）
   であって、受光端でレーザー光を受光し、送光端で光ビ
   ームを生成するよう構成された、第１の光ファイバー
   と、 受光端が光ビームを受光して送光端へ光を送るように配
   置された、前記受光端と前記送光端を備えた第２の光フ
   ァイバー（１１０）と、 前記第２の光ファイバーの送光端に光学的に結合され、
   該第２の光ファイバーを介して伝送された光の光パワー
   を示す出力を有する光パワー検出器（１１６）を備え、 前記物体が光ビームを少なくとも一部遮蔽して、前記光
   パワー検出器の出力における変化を引き起こしたとき
   に、前記物体のエッジを検出することからなる、エッジ
   検出器。