JP6223695B2 - 位置検出装置および位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置および位置検出方法に関するものである。

光導波路や光ファイバー等の導光路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部と、を有している。コア部は、実質的に透明な材料で構成され、クラッド部は、コア部より低屈折率の材料で構成されている。

このような導光路は、光信号を伝送する配線であり、光通信を行うためには導光路に光を入射する発光素子や導光路から出射した光を受光する受光素子と導光路とを光学的に接続する必要がある。

この接続は、通常、導光路のコア部の位置と各光素子の位置とを正確に合わせることによって行われるが、互いの位置がずれると、光信号の損失等が発生し、通信品質の低下を招くこととなる。このため、位置合わせにおいては、導光路におけるコア部の位置を正確に認識しておく必要がある。

例えば、特許文献１に示す光電気混載基板では、光導波路のコア部を切断するように傾斜面が形成され、この傾斜面からなるミラーを介してコア部と発光素子や受光素子とが光学的に接続されている。このため、ミラーの形成位置が光導波路と光素子との光結合効率の点で重要となる。特許文献１では、コア部と同時に形成されたアライメントマークの位置に基づいてコア部を切断することにより、コア部に対するミラーの位置精度の向上を試みている。

ところで、アライメントマークは、コア部と同様、透光性を有するクラッド部に隣接するように設けられている。しかしながら、光導波路のように厚さが薄いものの場合、表面での反射光が複雑に交錯し、対象物たるアライメントマークの像が埋没する等して視認性が低下し易い。また、光導波路の平滑性の影響が視認性に及ぼす影響も比較的大きくなり易く、アライメントマークの確実な視認を妨げている。

また、アライメントマークとその周囲のクラッド部との間で、屈折率が連続的に変化している場合、アライメントマークの識別性が特に低下する傾向がある。

このような理由から、アライメントマークの観察像が不鮮明になり、観察像に基づいてアライメントマークを認識するときの位置精度が低下する。その結果、コア部に対するミラーの位置精度を十分に高められないという課題を抱えている。

特開２００８−２８１８１６号公報

本発明の目的は、導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を正確に検出する位置検出装置、および、導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を正確に検出する位置検出方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１） 導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
前記導光路を撮像する撮像手段と、
前記導光路の前記撮像手段が位置する側と同じ側に設けられ、前記導光路に向けて、発光スペクトルのピーク波長が３５０〜１４００ｎｍである光を前記撮像手段と同軸の光路で照射する光源と、
前記導光路と前記撮像手段とを結ぶ光路上に設けられ、前記光源から出射し前記導光路を経た光の通過光量を、偏光の違いに基づいて選択的に異ならせる光学系と、
前記撮像手段により撮像された画像上において前記対象物の位置を特定する位置特定手段と、
を有することを特徴とする位置検出装置。

（２） 前記光学系の開口数は、０．０１〜０．４である上記（１）に記載の位置検出装置。

（３） 前記光の発光スペクトルの最大ピークの相対光度が５０％になるときの波長の幅は、２５０ｎｍ以下である上記（１）または（２）に記載の位置検出装置。

（４） 前記対象物は、前記導光路に内包されたものであり、
前記撮像手段は、前記導光路の一部分越しに前記対象物を撮像する上記（１）ないし（３）のいずれか１項に記載の位置検出装置。

（５） 前記光学系は、前記導光路の表面を経た光の通過光量を、偏光の違いに基づいて選択的に抑制する機能を有するものである上記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の位置検出装置。

（６） 前記光学系は、位相差板とファラデー回転子とを含むものである上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の位置検出装置。

（７） さらに、
前記導光路を載置するステージと、
前記ステージと前記導光路との間に設けられ、ショアＡ硬度が１０〜９０の粘着層と、
を有する上記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の位置検出装置。

（８） 導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
上記（１）ないし（７）のいずれか１項に記載の位置検出装置が有する前記光源から前記導光路に向けて光を照射するとともに、前記光学系を介して前記撮像手段により前記導光路を撮像する工程と、
前記撮像手段で撮像された画像から前記対象物の位置を特定する工程と、を有することを特徴とする位置検出方法。

本発明によれば、導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を正確に検出することができる。また、本発明によれば、このような位置の検出が可能な位置検出装置が得られる。これにより、例えば導光路に加工を施すとき、対象物の位置に基づき、導光路における加工位置を正確に決定することができる。

本発明の位置検出装置の第１実施形態を示す側面図である。 図１に示す位置検出装置の偏光選択光学系近傍を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す位置検出装置による位置検出に供される光導波路を示す平面図である。 図３に示す光導波路の一部について、部分的に透過および切り欠いて示す斜視図である。 本発明の位置検出装置の第２実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の位置検出装置および位置検出方法について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、本発明の位置検出装置および位置検出方法の第１実施形態について説明する。

（位置検出装置）
図１は、本発明の位置検出装置の第１実施形態を示す側面図、図２は、図１に示す位置検出装置の偏光選択光学系近傍を模式的に示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１、２の上下方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な平面をＸ−Ｙ平面とする。

図１に示す位置検出装置１は、導光路内に設けられた対象物の位置を検出する装置である。ここで、位置検出装置１による位置検出に供される導光路としては、光ファイバーや光導波路等が挙げられ、その形態等は特に限定されないが、以下の説明では、説明の便宜上、光導波路内に設けられた対象物の位置を検出する場合について説明する。なお、後述する光導波路についての説明は、そのまま光ファイバーにも適用可能である。また、検出対象である対象物は、光導波路内に位置しているものであれば、その位置や形状、大きさ等を特に問わない。例えば、光導波路の外縁に対象物が位置していてもよい。

具体的には、対象物としてはコア部、クラッド部、アライメントマーク等が挙げられる。また、これらの対象物は、屈折率が連続的に変化してなるものである。このような屈折率分布を有する対象物は、従来、その位置の検出が難しいという課題を抱えていた。その理由は、光導波路自体は透光性を有するものであり、対象物は屈折率が連続的に変化してなるものであるため、対象物の輪郭のコントラストが低くなり、対象物の存在を捉え難いからと考えられる。

これに対し、本発明では、光導波路を撮像し、対象物の位置を画像上で検出する位置検出装置１において、光源や光学系を最適化することによって、従来であれば検出しづらかった対象物を確実に検出することができる。これにより、例えば、光導波路の表面や内部に付されたアライメントマーク（対象物）の位置を正確に検出し、それに基づいて空間内における光導波路の位置情報を取得することができる。その結果、例えば光導波路に加工を施す際、アライメントマークの位置に基づいてその加工位置を正確に決定することができる。なお、以下の説明では、対象物がアライメントマークである場合を例にして説明する。

図１に示す位置検出装置１は、アライメントマーク９０が付された光導波路９に向けて光を照射する光源１１と、アライメントマーク９０を撮像するカメラ（撮像手段）１２と、偏光の違いに基づいて通過光量を選択的に異ならせる偏光選択光学系１３と、撮像された画像上においてアライメントマーク９０の位置を特定する制御部（位置特定手段）１４と、を備えている。

また、図１に示す位置検出装置１は、さらに光導波路９を支持するステージ１５を備えている。

このような位置検出装置１は、ステージ１５上に載置された光導波路９に光源１１から光を照射し、偏光選択光学系１３を介して入射した反射光をカメラ１２で画像化することにより、光導波路９とアライメントマーク９０の画像が得られる。そして、この画像を制御部１４で解析することにより、画像上においてアライメントマーク９０の像を特定し、それに基づいてアライメントマーク９０の位置を基準にした座標系を光導波路９において構築することができる。

（（光導波路））
まず、位置検出装置１の説明に先立ち、位置検出に供される光導波路９について説明する。

図３は、図１に示す位置検出装置による位置検出に供される光導波路を示す平面図であり、図４は、図３に示す光導波路の一部について、部分的に透過および切り欠いて示す斜視図である。

図３、４に示す光導波路９は、層状をなし、光信号を伝送し得る部材であり、クラッド層９１、コア層９３およびクラッド層９２が下方からこの順で積層されてなるものである。

コア層９３は、図３に示すように、平面視において並列する４本のコア部９４と、各コア部９４にそれぞれ併設され（すなわち、コア層９３において縁部やコア部９４同士の間を埋めるように設けられ）、コア部９４より屈折率の低い側面クラッド部９５と、を有している。

光導波路９には、図３に示すように、コア部９４の途中（または延長線上の側面クラッド部９５）にミラー９７が形成される。このミラー９７により、コア部９４の光路が変換され、信号光を光導波路９の外部に取り出すことができる。そして、例えばミラー９７の位置に合わせて光ファイバーや光素子等の光学部品を設けることにより、光導波路９とこれらの光学部品とを光学的に接続することができる。

このミラー９７は、コア部９４の途中を凹没させるように加工し、これにより得られる凹部の内面の一部で構成される。ミラー９７の位置や角度が信号光の反射角に大きく影響するため、凹部の形成位置は、光導波路９と他の光学部品との光結合効率の観点から重要である。

そこで、光導波路９には、ミラー９７を加工するための位置基準として用いるアライメントマーク９０が設けられている。具体的には、図３に示すように、コア層９３の四隅の側面クラッド部９５中であって、コア部９４の端部近傍に、コア部９４と同じ材料で構成されたアライメントマーク９０がそれぞれ設けられている。各アライメントマーク９０は、コア部９４の長手方向に延伸する線分とこの線分に直交する線分とで構成された十字状マークと、この十字状マークを囲うよう配置された枠状マークとからなる。このようなアライメントマーク９０の屈折率は、側面クラッド部９５より高くなるよう設定されている。このような屈折率差に基づき、アライメントマーク９０とその周囲の側面クラッド部９５との境界線には屈折率の変化点が形成され、その結果、光導波路９を視認したとき、この境界線近傍の色や明度が異なって見えることとなる。これにより、アライメントマーク９０の存在を認めることができ、アライメントマーク９０を位置基準として用いることができる。

ミラー９７の形成には、例えば、ダイサーのような切削・研削加工機、成形型を押し当てて成形する成形加工機、レーザー加工機、電子線加工機等が用いられる。これらの加工機は、いずれも、例えば被加工物を載せるステージおよび加工ツールを備え、これらのうちの少なくとも一方を相対的に移動させながら被加工物を加工することにより、任意の形状の加工を施すものである。また、これらの加工機は画像認識システムを備えており、画像認識システムのカメラ（例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等）によって光導波路９のアライメントマーク９０を撮像し、画像上におけるアライメントマーク９０の像を認識することにより、加工機の内部の座標系を光導波路９の座標系と対応させることができる。このような座標系の対応により、光導波路９の任意の位置に正確な加工を施すことができ、コア部９４に対して設計通りの位置にミラー９７を形成することができる。

本発明の位置検出装置は、例えば上記画像認識システムのうち、アライメントマーク９０の撮像および認識と、位置の特定とを担うものである。

なお、位置検出装置による位置検出の対象物は、アライメントマーク９０に限られず、例えばコア部９４や側面クラッド部９５等であってもよい。

また、光導波路９の平均厚さは、１００〜５０００μｍ程度とされ、好ましくは２００〜２０００μｍ程度とされる。このような薄い層状をなす光導波路９についても、位置検出装置１であれば、アライメントマーク９０の位置を正確に検出することができる。

また、前述したように、これらの対象物は、屈折率が連続的に変化してなるものである。すなわち、光導波路９中において、屈折率が連続的に変化している結果、周囲に比べて屈折率が相対的に高くなっていたり低くなっていたりする領域が、これらの対象物となり得る。このような対象物の輪郭は、前述したように視覚的に捉え難いものであるが、位置検出装置１によれば、その位置を正確に検出することができる。

なお、コア部９４近傍の屈折率が連続的に変化している場合、そのような屈折率分布は特にグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の分布とも呼ばれる。すなわち、位置検出装置１によれば、このようなグレーデッドインデックス型の屈折率分布を有する光導波路９のコア部９４やアライメントマーク９０について、その位置を正確に検出することができる。

（（ステージ））
次いで、位置検出装置１の各部について説明する。

ステージ１５は、光導波路９を載置し得るものであり、例えば金属製、ガラス製、セラミックス製、樹脂製の平板等で構成される。

また、ステージ１５の上面には、必要に応じて粘着層１５１が設けられていてもよい（図１等参照）。この粘着層１５１を介して、ステージ１５に光導波路９を容易に固定することができる。また、粘着層１５１と光導波路９とが密着したとき、粘着層１５１が光導波路９の下面の形状に追従することにより、仮に光導波路９の下面に凹凸が存在していたとしても、その凹凸が粘着剤によって埋められるため、撮像された画像において凹凸の光学的な影響を軽減することができる。したがって、粘着層１５１には、柔軟性を有するものが好ましく用いられる。

このような粘着層１５１の構成材料としては、例えば、シリコーン系粘着剤、ポリ塩化ビニル系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、エラストマー系粘着剤、ゴム系粘着剤、アクリル樹脂系粘着剤、ポリビニルエーテル樹脂系粘着剤等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上の混合物が用いられる。また、粘着層１５１として、例えばマジックレジン（大昌電子製）、ボンディングシート、ダイシングフィルム等を用いることもできる。

粘着層１５１の２５℃における硬度は、特に限定されないが、ショアＡ硬度が１０〜９０程度であるのが好ましく、１５〜７０程度であるのがより好ましく、２０〜４０程度であるのがさらに好ましい。このような硬度の粘着層１５１によれば、微小な凹凸も埋めることができるので、光導波路９のような光学デバイスの固定において特に有用である。

また、粘着層１５１の平均厚さは、特に限定されないが、３０〜５０００μｍ程度であるのが好ましく、５０〜３０００μｍ程度であるのがより好ましい。粘着層１５１の平均厚さを前記範囲内に設定することで、粘着層１５１の厚さのバラツキを抑えつつ、微小な凹凸を確実に埋めることができる。

なお、ステージ１５には、必要に応じて、光導波路９をＸ−Ｙ平面に沿って搬送したり、Ｚ方向に沿って搬送したりする機能を付してもよい。すなわち、ステージ１５は、いわゆるＸＹステージやＸＹＺステージであってもよい。これにより、光導波路９のアライメントマーク９０近傍をカメラ１２の視野に素早く導入することができる。また、空間内における光導波路９の位置の再現性を高めることができるので、アライメントマーク９０の位置検出後の加工処理の効率を高めることができる。

一方、光導波路９が固定され、光源１１やカメラ１２等が各種搬送手段により移動可能になっていてもよく、双方が移動可能になっていてもよい。

（（光源））
光源１１は、光導波路９の上方に設置されている。光源１１と光導波路９との離間距離は、偏光選択光学系１３内の光学特性（例えば拡大倍率、必要照度等）に応じて適宜選択される。

本発明に用いられる光源１１としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプのような各種ランプ、各種レーザー光源等の発光素子の他、このような発光素子に、他の光学要素を加えた複合体（ユニット）であってもよい。他の光学要素としては、例えばバンドパスフィルター、コリメートレンズ、偏光子等が挙げられる。このうち、発光ダイオードが好ましく用いられる。発光ダイオードは、活性層の構成材料を適宜選択することによって、幅広い波長範囲から任意の最大ピーク波長の光を選択することができる。そして、他の光源（ハロゲンランプ等）に比べて比較的単色性に優れていることから、コントラストの高い画像を得るにあたって有用である。一方、ハロゲンランプのように発光スペクトルの最大ピーク波長が比較的広い光源の場合には、各種フィルター等を介して単色化して用いられるのが好ましい。

図１に示す光源１１の配置は、いわゆる落射照明と呼ばれる配置であり、光導波路９に対して光源１１とカメラ１２とが同じ側に位置している。

また、光源１１の光軸とカメラ１２の光軸は、互いにずれていてもよい（側方照明）が、図２に示すように一致しているのが好ましい（同軸落射照明）。このようにして光軸を合わせることにより、反射光の光量を最大化することができるので、より明度やコントラストの高い画像を得ることができる。

なお、側方照明の場合、光源１１の光軸とカメラ１２の光軸とがなす角度は、３０°以下に設定されるのが好ましく、２５°以下に設定されるのがより好ましい。これにより、比較的明度やコントラストの高い画像が得られる。

図２に示す光源１１は、発光素子１１１とハーフミラー１１２とを備えている。発光素子１１１としては、前述したものが用いられる。一方、ハーフミラー１１２としては、２つの直角プリズムを貼り合せた素子が挙げられる。

光源１１が出射する光（出射光）は、発光スペクトルの最大ピーク波長が３５０〜１４００ｎｍの光である。このような波長の光を用いることにより、画像上におけるアライメントマーク９０のコントラストが向上し、識別性が向上する。

また、最大ピーク波長が前記範囲内である光を用いることにより、カメラ１２としてＳｉ製のＣＣＤを用いることができる。Ｓｉ製のＣＣＤは、有効波長範囲が最大ピーク波長の範囲と重なっており、かつ、他のＣＣＤ（例えばＩｎＧａＡｓ製のＣＣＤ）に比べて安価である。また、分解能やピクセル間のバラツキ等にも優れている。これらのことから、前述した範囲の最大ピーク波長の発光スペクトルを示す光を用いることは、位置検出装置１の低コスト化、検出精度の向上等の観点から意義がある。さらに、後述する偏光選択光学系１３における有効波長、収差等の観点からも、出射光の発光スペクトルの最大ピーク波長は前記範囲内であるのが好ましい。

また、発光スペクトルの最大ピーク波長は、６００〜１１００ｎｍ程度であるのが好ましく、６２５〜９５０ｎｍ程度であるのがより好ましい。

なお、出射光は、発光スペクトルの最大ピーク波長が上記範囲内である光であればよいが、好ましくは単色光とされる。これにより、波長が混在することによる画像のにじみ等が抑えられ、アライメントマーク９０の像の識別性がより向上する。単色光とは、波長が単一の光であるが、完全な単色光が存在しないので、発光スペクトルの最大ピークは所定の波長の幅を有していてもよく、最大ピーク以外に微小なピークが存在していてもよい。

具体的には、最大ピークの相対光度が５０％になるときの波長の幅（半値幅）が２５０ｎｍ以下であるのが好ましく、１５０ｎｍ以下であるのがより好ましく、１００ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。最大ピークの半値幅が前記範囲内であれば、画像が特に鮮明なものとなり、アライメントマーク９０の像の識別性が特に良好となる。

また、最大ピーク以外の微小なピークの高さは、最大ピークの光度の１０％以下であるのが好ましい。

なお、上述した光源１１の構成は一例であり、所定の光を出射し得るものであればその構成は限定されない。

（（カメラ））
カメラ１２は、光導波路９の上方に設置されている。光源１１とカメラ１２との離間距離は、カメラ１２内の光学特性（例えば拡大倍率等）に応じて適宜選択される。

カメラ１２としては、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、イメージングプレート、フィルム等の撮像手段が挙げられる。また、カメラ１２は、このような撮像手段に、他の光学要素を加えた複合体（ユニット）であってもよい。他の光学要素としては、例えばバンドパスフィルター、コリメートレンズ、偏光子等が挙げられる。

なお、上述したように、カメラ１２の光軸と光源１１の光軸とを一致させることにより、画像の明度やコントラストをより高めることができる。

（（偏光選択光学系））
偏光選択光学系１３は、偏光の違いに基づいて通過光量を選択的に異ならせる光学系である。すなわち、この光学系は、特定の偏光の光については高い通過率を有する一方、それ以外の偏光の光については通過率が低いという性質を有するものである。

このような偏光選択光学系１３としては、例えば、位相差板、波長板、偏光板、ファラデー回転子（ファラデーローテーター）、ビームスプリッター（ＰＢＳ）、フィルター、プリズム等のうちの少なくとも１つで構成されるものが挙げられる。具体的な構造としては、例えば、位相差板とファラデー回転子との組み合わせ、偏光板と１／４波長板との組み合わせ、１／４波長板とプリズムとの組み合わせ等が挙げられる。このうち、偏光選択光学系１３としては、特に位相差板とファラデー回転子とを組み合わせた光学系が好ましく用いられる。このような光学系のうち、ファラデー回転子は、磁気光学におけるファラデー効果を利用したデバイスであり、光を一方向に伝え、途中で反射して戻ってくる光を阻止する機能を有するものである。かかる光学系を用いることにより、偏光の違いに基づいて通過光量を選択的に異ならせることができる。

なお、このような光学系は、順方向特性に偏光依存性があるものと、偏光依存性がないもの（偏光無依存型）に分けられるが、これらは偏光選択光学系１３に入射する光の特性に応じて適宜選択される。例えば、レーザーダイオード出射光のように偏光が一定である光を入射する場合には偏光依存型のものが好ましく用いられ、光ファイバー出射光のように偏光が不定である光を入射する場合には偏光無依存型のものが好ましく用いられる。

また、図２に示す偏光選択光学系１３は、対物レンズ１６を備えている。このような対物レンズ１６を設けることにより、アライメントマーク９０の拡大画像を得ることができ、アライメントマーク９０の位置検出精度をより高めることができる。

また、偏光選択光学系１３の開口数（ＮＡ）は、０．０１〜０．４程度であるのが好ましく、０．０２〜０．３５程度であるのがより好ましい。開口数がこのような範囲内にあることにより、偏光選択光学系１３が散乱光等の影響を受け難くなり、また、撮像されるアライメントマーク９０の像のコントラストが向上する。このため、アライメントマーク９０の視認性をより高めることができる。なお、開口数が前記下限値を下回ると、光導波路９の表面や層間にある微小な凹凸やうねりによる光の散乱や偏向の影響を受け易くなり、カメラ１２で撮像されるアライメントマーク９０の像にノイズ成分が乗るおそれがある。その結果、アライメントマーク９０の視認性が低下するおそれがある。一方、開口数が前記上限値を上回ると、アライメントマーク９０近傍の屈折率が連続的に変化している部分において光が偏向されたとき、その光を受光し易くなるため、アライメントマーク９０の像のコントラストが低下し、やはりアライメントマーク９０の視認性が低下するおそれがある。

（（制御部））
制御部１４は、光源１１やカメラ１２、偏光選択光学系１３と電気的に接続され、これらの動作を制御する。具体的には、光源１１から出射する光量を調整するとともに、カメラ１２で撮像された画像を解析し、画像上におけるアライメントマーク９０の像を特定する。これにより、アライメントマーク９０の位置を基準にした座標系を光導波路９において構築することができる。その結果、光導波路９の任意の位置に正確な加工を施すことができ、コア部９４に対して設計通りの位置にミラー９７を形成することができる。

アライメントマーク９０の像の特定には、いかなる手法が用いられてもよい。例えば、撮像された画像をあらかじめ設定されたアライメントマーク９０のテンプレートとマッチングさせる手法（テンプレートマッチング法）や、十字状をなすアライメントマーク９０の像のＸ方向とＹ方向のそれぞれにおいて画像の輝度を積分し、その値が連続してしきい値以上となった区間の交差点をアライメントマーク９０の位置とする手法（プロジェクション法）等が挙げられる。このうち、テンプレートマッチング法によれば、アライメントマーク９０の誤認識を抑えることができ、アライメントマーク９０の特定位置精度をより高めることができる。

このような制御部１４としては、画像解析やマッチング等の演算処理を行う演算部を含むものが挙げられる。具体的な演算部とは、ＬＳＩ、ＩＣ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、パーソナルコンピューター等である。また、必要に応じて、設定値等を入力する入力部（キーボード等）、設定値やプログラム等を記憶する記憶部（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）、特定した位置情報を加工ツールやステージ等に出力する出力部（ドライバー、コネクター等）を備えていてもよい。

ここで、本実施形態に係るアライメントマーク９０は、コア層９３中に設けられたものであり、クラッド層９１とクラッド層９２とに挟まれるよう配置されている。このため、観察者がアライメントマーク９０を視認する際には、クラッド層９２（光導波路９の一部分）越しに視認することとなるため、アライメントマーク９０での反射光や散乱光が目に届くだけでなく、クラッド層９２での反射光や散乱光も目に届くことになり、その結果、アライメントマーク９０の視認性、識別性が低下し易くなる。

そこで、本発明者は、アライメントマーク９０の視認性を高めるべく、位置検出装置１の構成について鋭意検討を重ねた。そして、発光スペクトルのピーク波長が３５０〜１４００ｎｍである光を照射する光源１１と、光源１１から出射し光導波路９またはアライメントマーク（対象物）９０で反射した光の通過光量を偏光の違いに基づいて選択的に異ならせる偏光選択光学系１３と、を有する位置検出装置１によれば、視覚的に境界線が不明瞭なアライメントマーク９０であっても、その視認性を確実に高められることを見出し、本発明を完成するに至った。

このような位置検出装置１では、光源１１から出射する光のピーク波長を最適化するとともに、偏光選択光学系１３を設けたことによって、光導波路９の表面で反射した反射光を偏光選択光学系１３でカットすることができる。これにより、カメラ１２で撮像された画像では、アライメントマーク９０での反射光が光導波路９の表面での反射光に埋もれてしまうのを防止し、屈折率が連続的に変化してなるアライメントマーク９０であっても、コントラストの高い像を得ることができる。その結果、アライメントマーク９０の視認性を高めることができる。

また、カメラ１２では、アライメントマーク９０とその周囲の側面クラッド部９５との境界線と、それ以外の領域との間で、明度（輝度）の差が生じた画像が撮像される。このような画像では、この明度差によってコントラストの高いアライメントマーク９０の像が得られる。

また、図１に示す光導波路９では、アライメントマーク９０とその周囲の側面クラッド部９５との境界線に沿って屈折率が変化している。換言すれば、境界線に沿って屈折率の変化点が分布している。しかしながら、このような屈折率の変化点は、前述したように屈折率の連続的な変化を伴っている。このため、図１に示すように光導波路９の主面に対して光が照射されたとき、屈折率の変化点近傍ではわずかな位置のずれによって光の進行方向が大きく変わることとなり、光導波路９に照射された光を不規則に散乱させることとなる。また、散乱光の偏光についても不規則になる。

一方、この変化点以外の領域では、屈折率の変化点はコア層９３の主面に対してほぼ平行な面に沿って分布している。具体的には、コア層９３とクラッド層９１、９２との境界線に沿って屈折率の変化点が分布している。したがって、この領域に照射された光は、ほぼ正反射する。また、反射光の偏光についても反射前の偏光がほぼ維持される。

上記のようにして光導波路９のうち、光が入射された位置に応じて散乱したり正反射したりするため、通過光量に差が生じることとなり、この光を受光して撮像された画像には、光量差に基づくアライメントマーク９０の像が生まれることとなる。このようにしてアライメントマーク９０の位置を検出することができる。また、偏光の差も生じることから、偏光選択光学系１３を介することによって、光量差をより顕在化することができ、アライメントマーク９０のコントラストをより高めることができる。

したがって、本発明によれば、アライメントマーク９０を確実に認識し、その位置を確実に検出可能な位置検出装置１が得られる。

なお、光導波路９は、コア層９３を１層含むものの他、クラッド層を介して複数層のコア層９３を積層してなるものであってもよい。このような光導波路９のアライメントマーク９０を視認する際には、クラッド層９２越しに視認する場合の他、コア層９３越しに視認する場合もあるが、このような場合であってもアライメントマーク９０の視認性を高めることができる。

また、偏光選択光学系１３としては、特に、光導波路９の表面または表面と略平行な面で反射された光の通過光量を、偏光の違いに基づき選択的に抑制する機能を有するものであるのが好ましい。このような光学系では、偏光が比較的揃っている光、すなわち光導波路９の表面のような平滑面で正反射された光の通過光量を選択的に多くしたり反対に少なくしたりすることができ、その一方、前記境界線で散乱され、不規則な偏光を含む光については自ずと通過光量が少なくなる。その結果、前記境界線が暗部となったコントラストの高いアライメントマーク９０の像が得られる。

なお、光源１１が出射する光の波長幅は、偏光選択光学系１３の波長帯域内に含まれているのが好ましい。これにより、例えば光導波路９の表面のような平滑面で正反射された光がカットされ、アライメントマーク９０の像のコントラストを高めるとともに、表面の汚れ等による像の乱れを抑制することができる。

また、図１に示す位置検出装置１では、光源１１とカメラ１２の双方が光導波路９の上方に載置されている。このため、光導波路９の一方に装置構成を集約することができ、装置の簡略化を図ることができる。また、図１に示す位置検出装置１のような同軸落射構造にもすることができるので、アライメントマーク９０の視認性、識別性の点でも有効である。

また、図１に示す位置検出装置１では、光導波路９の表面による反射光の影響を抑えることができるが、一方、ステージ１５の上面による反射光の影響は残ることとなる。したがって、ステージ１５については、上面の平滑性が高いことが好ましい。なお、粘着層１５１を設けることによって、ステージ１５の低い平滑性を補うことができる。

また、位置検出装置１による位置検出に供される光導波路９は、図３に示すものに限定されず、例えばクラッド層９２が省略されたものであってもよい。この場合、偏光選択光学系１３では、コア層９３の上面での反射光をカットすることにより、コア層９３内での反射光を選択的に通過させ、コントラストの高いアライメントマーク９０の像を得ることができる。

（位置検出方法）
次に、位置検出方法について説明する。
まず、ステージ１５上にアライメントマーク９０が付された光導波路９を固定する。

次いで、光源１１から光を出射し、カメラ１２でアライメントマーク９０近傍を撮像する。そして、制御部１４では、得られた画像においてアライメントマーク９０の像を特定し、カメラ１２の視野の位置と画像内のアライメントマーク９０の位置とに基づき、空間内におけるアライメントマーク９０の位置を特定する。その際、画像に２値化等の画像処理を施すことにより、アライメントマーク９０の像を特定し易くすることができる。

その後、この位置情報に基づき、光導波路９に各種加工を施す。アライメントマーク９０の位置は、あらかじめコア部９４との間で所定の位置関係が確立されているため、前記位置情報に基づくことで、コア部９４に対して設計通りの位置に正確な加工を施すことができる。

なお、撮像の際には、コア層９３に対物レンズ１６の焦点を合わせるが、その際、対物レンズ１６の拡大倍率を高くすることにより、被写界深度を浅くしてコア層９３以外の層の像をぼかすことができる。その結果、画像におけるコア層９３の像の視認性をより高めることができる。

対物レンズ１６の拡大倍率は、特に限定されないが、２〜３００倍程度であるのが好ましく、５〜２００倍程度であるのがより好ましく、１０〜１００倍程度であるのがさらに好ましい。これにより、アライメントマーク９０の検出位置精度を特に高めることができる。すなわち、対物レンズ１６の拡大倍率が前記下限値未満である場合、アライメントマーク９０の実サイズによっては、画像上におけるアライメントマーク９０の像が小さ過ぎて検出位置精度が低下するおそれがあり、一方、対物レンズ１６の拡大倍率が前記上限値を超える場合、アライメントマーク９０の実サイズによっては、画像が暗くなり過ぎてコントラストが低下したり、アライメントマーク９０を視野内に収め切れないおそれがある。

≪第２実施形態≫
まず、本発明の位置検出装置および位置検出方法の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の位置検出装置の第２実施形態を示す側面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

第２実施形態は、光源１１の光軸とカメラ１２の光軸とを分離し、光源１１をステージ１５の下方に設置した以外は、第１実施形態と同様である。

このような位置検出装置１では、光源１１から出射した光が光導波路９を透過し、カメラ１２に入射する。このような位置検出装置１においても、偏光選択光学系１３では、光導波路９またはアライメントマーク９０を経た光の通過光量を、偏光の違いに基づいて選択的に異ならせる。これにより、本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。

また、本実施形態においても、アライメントマーク９０とその周囲の側面クラッド部９５との境界線では、透過光が散乱し、それに伴って偏光も不規則なものとなる。一方、前記境界線の周囲では、散乱されることなく光が透過し、偏光についてもそのまま保持される。その結果、これらの透過光が偏光選択光学系１３を通過すると、前記境界線とその周囲とで、透過した光の通過光量に差が生じることとなり、この光を受光して撮像された画像には、光量差に基づくアライメントマーク９０の像が生まれることとなる。このようにしてアライメントマーク９０の位置を正確に検出することができる。

この場合も、光源１１の光軸とカメラ１２の光軸とを対向させることにより、画像のコントラストを高めることができる。

なお、本実施形態では、ステージ１５や粘着層１５１について、透光性を有するものを用いればよい。

以上、本発明の位置検出装置および位置検出方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、位置検出装置により検出された位置情報は、加工以外の処理においても利用可能である。

次に、本発明の実施例について説明する。
１．位置検出装置の構成
（実施例１）
図１、２に示す位置検出装置のステージ上に、光導波路を載置した。

偏光選択光学系としては、偏光板と１／４波長板との積層体、および、５倍と１０倍の倍率を有する対物レンズを含むものを用いた。なお、偏光選択光学系の開口数は、０．０５であった。

また、カメラとしては１３９２×１０４０ピクセルのＣＣＤカメラを、光源としてはピーク波長６５０ｎｍ、半値幅５０ｎｍの光を出射するＬＥＤを備えた同軸落射照明を用いた。

一方、光導波路は、平均厚さ２５μｍのクラッド層、平均厚さ４０μｍのコア層、および平均厚さ２５μｍのクラッド層の３層の積層体からなるものを用いた。なお、コア層中には、図３に示すパターンのコア部およびアライメントマークが形成されている。また、コア部およびアライメントマークは、互いに同じ工程で形成されたものであり、グレーデッドインデックス型の屈折率分布を有するものとした。

また、ステージとしてステンレス鋼製の板材を用い、粘着層として平均厚さ１００μｍのポリイミド製粘着シートを用いた。

そして、上記位置検出装置により、光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（実施例２）
偏光選択光学系の開口数を０．１に変更した以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（実施例３）
偏光選択光学系の開口数を０．３に変更した以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（比較例１）
偏光板と１／４波長板との積層体を省略した偏光選択光学系を用いるようにした以外は、実施例２と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（比較例２）
偏光板と１／４波長板との積層体を省略した偏光選択光学系を用いるようにした以外は、実施例３と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例１）
偏光選択光学系の開口数を０．５に変更した以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例２）
ピーク波長５６０ｎｍの光を出射する発光素子を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例３）
ピーク波長９４０ｎｍの光を出射する発光素子を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例４）
ピーク波長１．３μｍの光を出射する発光素子を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例５）
ピーク波長３２５ｎｍの光を出射する発光素子を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

（参考例６）
ピーク波長１．５μｍの光を出射する発光素子を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして光導波路におけるアライメントマークの位置を検出する動作を行った。

２．アライメントマークの位置検出
アライメントマークの位置検出動作を、倍率５倍および１０倍で１００回ずつ行い、正しく検出できたか否かを評価した。

その結果、各実施例では、倍率にかかわらず、いずれも９割以上の確率でアライメントマークを正しく検出することができた。特に実施例２、３では、検出率が相対的に高かった。一方、各比較例では、正しく検出できた割合は、倍率５倍では３割未満、１０倍でも５割未満に留まった。

さらに、各参考例についても比較したところ、参考例１では、各比較例よりも検出率は高かったが、実施例１〜３と比べた場合には検出率が相対的に低かった。また、参考例２〜６では、波長によって若干の違いがあるものの、各比較例よりも検出率は高かった。特に、参考例２〜４では、その傾向が顕著であった。

その後、光導波路および粘着層を下記のものに変更して同様の実験を行ったが、検出結果は上記と同様の傾向を示した。

＜光導波路＞
平均厚さ１２．５μｍのクラッド層、平均厚さ５０μｍのコア層、および平均厚さ１２．５μｍのクラッド層の３層の積層体からなる光導波路

＜粘着層＞
平均厚さ３５０μｍのシリコーン樹脂製粘着シート

１ 位置検出装置
１１ 光源
１１１ 発光素子
１１２ ハーフミラー
１２ カメラ
１３ 偏光選択光学系
１４ 制御部
１５ ステージ
１５１ 粘着層
１６ 対物レンズ
９ 光導波路
９０ アライメントマーク
９１、９２ クラッド層
９３ コア層
９４ コア部
９５ 側面クラッド部
９７ ミラー

Claims (8)

1. 導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記導光路を撮像する撮像手段と、
   前記導光路の前記撮像手段が位置する側と同じ側に設けられ、前記導光路に向けて、発光スペクトルのピーク波長が３５０〜１４００ｎｍである光を前記撮像手段と同軸の光路で照射する光源と、
   前記導光路と前記撮像手段とを結ぶ光路上に設けられ、前記光源から出射し前記導光路を経た光の通過光量を、偏光の違いに基づいて選択的に異ならせる光学系と、
   前記撮像手段により撮像された画像上において前記対象物の位置を特定する位置特定手段と、
   を有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記光学系の開口数は、０．０１〜０．４である請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記光の発光スペクトルの最大ピークの相対光度が５０％になるときの波長の幅は、２５０ｎｍ以下である請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記対象物は、前記導光路に内包されたものであり、
   前記撮像手段は、前記導光路の一部分越しに前記対象物を撮像する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. 前記光学系は、前記導光路の表面を経た光の通過光量を、偏光の違いに基づいて選択的に抑制する機能を有するものである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
6. 前記光学系は、位相差板とファラデー回転子とを含むものである請求項１ないし５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. さらに、
   前記導光路を載置するステージと、
   前記ステージと前記導光路との間に設けられ、ショアＡ硬度が１０〜９０の粘着層と、
   を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
8. 導光路内に設けられた屈折率が連続的に変化してなる対象物の位置を検出する位置検出方法であって、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の位置検出装置が有する前記光源から前記導光路に向けて光を照射するとともに、前記光学系を介して前記撮像手段により前記導光路を撮像する工程と、
   前記撮像手段で撮像された画像から前記対象物の位置を特定する工程と、
   を有することを特徴とする位置検出方法。

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