(57)【要約】【課題】高い分解能を実現することができるフォトマスク、投影装置、位置計測システムおよびフォトマスク製造方法を提供すること。【解決手段】フォトマスク１０には、照射光源２１からの光が照射される。フォトマスク１０は、照射光源２１から照射された光を透過させる透過部１２ｂおよび当該光を遮蔽する遮蔽部１２ａを有するバイナリ部１２と、遮蔽部１２ａより小さな面積の複数の小面積図形からなり、照射光源２１から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部１５ａを有する階調部１３と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光源からの光が照射されるフォトマスクであって、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを備えていることを特徴とすることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記階調部の前記微小遮蔽部は、正方形状からなる小面積図形からなることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項４】
フォトマスクと、
前記フォトマスクに光を照射する照射光源と、を備え、
前記フォトマスクは、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを有することを特徴とする投影装置。
【請求項５】
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることを特徴とする請求項４に記載の投影装置。
【請求項６】
フォトマスクと、
前記フォトマスクに光を照射する照射光源と、
前記フォトマスクを経た光によって位置が検出されるセンサと、を備え、
前記フォトマスクは、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを有することを特徴とする位置計測システム。
【請求項７】
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることを特徴とする請求項６に記載の位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一部の光を遮蔽し残りの光を透過させるフォトマスクと、このようなフォトマスクを利用した投影装置および位置計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シーン内に配置され、移動物体又は静止物体に取り付けられる１つ又は複数のセンサが設けられた光学タグと、発光体と、アンテナを有する無線周波数(ＲＦ)リーダと、カメラと、を備えたモーションキャプチャシステム（位置計測システム）が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
このようなモーションキャプチャシステムは、パッシブ型のフォトマスクと、フォトマスクの背後に配置された一組の空間的に分散された発光体と、発光体を変調して、一組の固有の光学的光パターンを投影する変調手段と、を備えたプロジェクタを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１０３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術によれば、フォトマスクが光を完全に透過させる部分と光を完全に遮蔽する部分から構成され、当該フォトマスクを通過する光が２値化されているので、光学タグの動きを検出する場合、動き検出の分解能は、フォトマスクに描かれた２値情報に応じた数値に制限されてしまう。この結果、光学タグのわずかな動きを把握することができず、より具体的には、プロジェクタからの距離が１ｍのときにおいて、１ステップで０．５ｍｍ移動する場合までしか、センサが移動したことを検出することができなかった（一例としては、センサを１ステップで０．４ｍｍ移動させたとしても、センサが移動したことを検出することができなかった）。
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、高い分解能を実現することができるフォトマスク、投影装置、位置計測システムおよびフォトマスク製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるフォトマスクは、
照射光源からの光が照射されるフォトマスクであって、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを備えている。
【０００８】
本発明によるフォトマスクにおいて、
前記バイナリ部の前記遮蔽部は、一辺が１５０μｍ〜１００００μｍである多角形図形からなる大面積図形からなり、
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることが好ましい。
【０００９】
本発明による投影装置は、
フォトマスクと、
前記フォトマスクに光を照射する照射光源と、を備え、
前記フォトマスクは、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを有している。
【００１０】
本発明による投影装置において、
前記バイナリ部の前記遮蔽部は、一辺が１５０μｍ〜１００００μｍである多角形図形からなる大面積図形からなり、
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることが好ましい。
【００１１】
本発明による位置計測システムは、
フォトマスクと、
前記フォトマスクに光を照射する照射光源と、
前記フォトマスクを経た光によって位置が検出されるセンサと、を備え、
前記フォトマスクは、
前記照射光源から照射された光を透過させる透過部および当該光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、
前記遮蔽部よりも小さな面積の複数の小面積図形からなり、前記照射光源から照射される光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを有している。
【００１２】
本発明による位置計測システムにおいて、
前記バイナリ部の前記遮蔽部は、一辺が１５０μｍ〜１００００μｍである多角形図形からなる大面積図形からなり、
前記階調部の前記微小遮蔽部は、一辺が２μｍ〜２０μｍである多角形図形からなる小面積図形からなることが好ましい。
【００１３】
本発明によるフォトマスク製造方法は、
基板に被加工層を成膜する被加工層成膜工程と、
前記被加工層上にレジストを成膜するレジスト成膜工程と、
前記レジストに光を照射し、該レジストの所定部分を感応させる感応工程と、
前記レジストの前記所定部分または該所定部分以外の部分を除去する現像工程と、
除去された前記所定部分または該所定部分以外の部分を介してエッチング液を塗布することで被加工層の一部を除去して、光を透過させる透過部および光を遮蔽する遮蔽部を有するバイナリ部と、該遮蔽部よりも小さな形状からなり光を遮蔽する微小遮蔽部を有する階調部とを生成するエッチング工程と、
前記レジストを取り除くレジスト除去工程と、
を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低いコストで、高い分解能を実現することができるフォトマスクを提供することができる。また、このようなフォトマスクを利用することによって、低いコストで、高い分解能を実現することができる投影装置および位置計測システムも提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態による位置計測システムを示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態による投影装置を示す構成図。
【図３】本発明の実施の形態による投影装置内の照射光源とフォトマスクの配置状態を示す概略図。
【図４】本発明の実施の形態によるフォトマスクの平面図と、フォトマスクの階調部を拡大した拡大図。
【図５】本発明の実施の形態による位置計測システムのセンサが設けられたタグの取り付け方を示す概略図。
【図６】本発明の実施の形態による位置計測システムでのセンサの位置を決定する方法を説明するための斜視図。
【図７】本発明の実施の形態によるフォトマスク製造方法の各工程を示す図。
【図８】本発明の実施の形態によるフォトマスクの表面を撮影した写真図。
【図９】本発明の実施の形態による位置計測システムにおいて、センサの実際の移動距離を横軸に取り、センサの移動距離の計算値を縦軸に取ったグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態
以下、本発明に係るフォトマスク、プロジェクタ（投影装置）、モーションキャプチャシステム（位置計測システム）およびフォトマスク製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図９は本発明の実施の形態を示す図である。
【００１７】
本実施の形態によるモーションキャプチャシステム（位置計測システム）は、図１に示すように、プロジェクタ（投影装置）２０と、プロジェクタ２０から照射された光によって位置が検出されるセンサ４１が設けられたタグ４０と、センサ４１からの信号を受け取る受信部（例えば、ＲＦリーダなど）５０と、当該受信部５０に接続された制御部５５と、を備えている。なお、センサ４１が設けられたタグ４０は、図５に示すように、人の手足、胴体などに取り付けられ、これらの部位の動きを検知するために用いられる。
【００１８】
このうち、プロジェクタ２０は、図２（ａ）に示すように、フォトマスク１０と、フォトマスク１０に光を照射する照射光源２１と、照射光源２１とフォトマスク１０との間に配置されたコンデンサレンズ２２と、フォトマスク１０を経た光が通過する対物レンズ２９と、を有している。なお、照射光源２１から照射される光としては、視認されないように波長が８００ｎｍ以上からなることが好ましく、本実施の形態では、波長が９００ｎｍ程度の近赤外線のものを用いている。
【００１９】
また、図２（ｂ）に示すように、フォトマスク１０は、複数の窓部１１を有しており、この窓部１１はバイナリ部１２および階調部１３に分類される。このうち、バイナリ部１２は、照射光源２１から照射されてコンデンサレンズ２２を経た光を透過させる透過部１２ｂと、当該光を遮蔽する遮蔽部１２ａを有している。他方、階調部１３は、図４（ｃ）に示すように、遮蔽部１２ａよりも小さな形状からなり、照射光源２１から照射されてコンデンサレンズ２２を経た光を遮蔽する微小遮蔽部１５ａと、当該光を透過させる微小透過部１５ｂを有している。
【００２０】
また、遮蔽部１２ａは、短辺が１５０μｍ〜１００００μｍである長方形状からなる大面積図形からなり、微小遮蔽部１５ａは、一辺が２μｍ〜２０μｍである正方形状からなる小面積図形からなることが好ましい。なお、本実施の形態では、微小遮蔽部１５ａは一辺が２．４μｍからなる正方形状からなっている（図４（ｃ）参照）。他方、遮蔽部１２ａのうち、短辺の一番太い部分は約５ｍｍ（５×１０３μｍ）からなり（図２（ｂ）の一番上の窓部１１）、短辺の一番細い部分は１５３．６μｍからなっている（図２（ｂ）の下から３つ目の窓部１１）。ところで、本実施の形態では、遮蔽部１２ａおよび微小遮蔽部１５ａが四角形状からなる態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、遮蔽部１２ａおよび微小遮蔽部１５ａの各々は、三角形状、五角形状、六角形状などの多角形状や、円形状などの様々な形状からなっていてもよい。
【００２１】
ここで、微小遮蔽部１５ａの一辺が２μｍ以上からなることが好ましいのは、一辺が２μｍ未満の大きさの図形からなる場合には、（照射光源２１から照射される光として、波長が９００ｎｍ程度の近赤外線のものを用いた際に）フォトマスクでの光量ロスが非常に大きくなってしまうためであり、また、フォトマスク１０の面露光（アライナー）複製という安価な手法での解像限界が約２μｍとなっているためでもある。
【００２２】
他方、微小遮蔽部１５ａの一辺は最大でも２０μｍ以下とすることが好ましいのは以下の理由による。
【００２３】
すなわち、本発明の場合には、フォトマスク１０内の窓部１１に設けられた微小遮蔽部１５ａの数が多い程、センサ４１によるタグ４０の移動量を検出するための分解能を高めることができる。このため、分解能を高めるためには、窓部１１内の微小遮蔽部１５ａを小さくするか、窓部１１を大きくする必要がある。
【００２４】
この点、窓部１１を大きくすると、フォトマスク１０も大きくなってしまい、最終的にはプロジェクタ２０の外寸も大きくなってしまうので、プロジェクタ２０の設置が困難になってしまう。また、フォトマスク１０を大きくすると、照射光源２１間の距離が長くなるため、照射光源２１から照射された光が窓部１１を通じて投影され、センサ４１で受光される際に、窓部１１の位置により照射される光の強度に差が生じやすくなるため好ましくない。
【００２５】
これらの理由により、分解能を高めるために窓部１１内の微小遮蔽部１５ａを小さくすることが好ましく、より具体的には、微小遮蔽部１５ａの一辺が最大でも２０μｍ以下となっていることが好ましい。
【００２６】
なお、図４（ａ）に示すように、フォトマスク１０の短手方向の幅は１ｃｍ程度であり、フォトマスク１０の長手方向の幅は１０ｃｍ程度となっている。また、図４（ｂ）に示すように、階調部１３の遮蔽部１３ａは、複数の微小遮蔽部１５ａによって面内の一部で光を遮蔽する（他方、複数の微小透過部１５ｂでは面内の一部で光を透過する）ので、光透過量を調整することができる。すなわち、微小遮蔽部１５ａの数を徐々に変化させることにより、透過光量を徐々に変化させる構造になっており（階調部１３の遮蔽部１３ａを通過した光は連続的に変化したグラデーション状の光となっており）、光を完全に透過させるバイナリ部１２の透過部１２ｂや、光を完全に遮蔽するバイナリ部１２の遮蔽部１２ａとは異なった性質を有している。なお、本実施の形態における階調部１３の遮蔽部１３ａの短手方向の幅は、約１０μｍ程度となっている（図４（ｂ）参照）。
【００２７】
また、図３に示すように、照射光源２１は複数個設けられており、各照射光源２１は一つの窓部１１に対応して配置されている。そして、各照射光源２１は順次点灯消滅し、このことによって、制御部５５はタグ４０の位置を認識することができる。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、所定の位置に位置するセンサ４１（○に位置するセンサ４１）は、窓部１１ａを通過した光を受けて“明”と判断され、次に、窓部１１ｂを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｃを通過した光を受けて“明”と判断されることによってその位置が特定される。他方、所定の位置に位置するセンサ４１（◎に位置するセンサ４１）は、窓部１１ａを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｂを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｃを通過した光を受けて“明”と判断されることによってその位置が特定される。
【００２８】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２９】
（フォトマスク製造方法）
最初に、本実施の形態によるフォトマスク１０を製造する方法について説明する。
【００３０】
まず、ガラス基板（基板）６１上に、クロム膜（被加工層）６３が成膜される（被加工層成膜工程）（図７（ａ）参照）。
【００３１】
次に、クロム膜６３上にレジスト６５が成膜される（レジスト成膜工程）（図７（ａ）参照）。
【００３２】
次に、レジスト６５に紫外光Ｕが照射されて、当該レジスト６５の所定部分が感応される（感応工程）（図７（ｂ）参照）。このとき、紫外光Ｕを遮断する遮断部６７が所定のパターンで施されたシャドーマスク６９を介して、レジスト６５の所定部分が感応される。
【００３３】
次に、紫外光Ｕが照射されたレジスト６５の所定部分が薬液によって除去される（現像工程）（図７（ｃ）参照）。
【００３４】
次に、除去された前記所定部を介してエッチング液Ｅが塗布されて、クロム膜６３の一部が除去される（エッチング工程）（図７（ｄ）参照）。このことによって、光を透過させる透過部１２ｂおよび光を遮蔽する遮蔽部１２ａを有するバイナリ部１２と、遮蔽部１２ａよりも小さな面積の複数の小面積図形からなり光を遮蔽する微小遮蔽部１５ａおよび透過部１２ｂよりも小さな面積の複数の小面積図形からなり光を透過させる微小透過部１５ｂを有する階調部１３が生成される。
【００３５】
次に、レジスト６５が剥離されて取り除かれる（レジスト除去工程）（図７（ｅ）参照）。このようにして、光を透過させる透過部１２ｂおよび光を遮蔽する遮蔽部１２ａを有するバイナリ部１２と、微小遮蔽部１５ａおよび微小透過部１５ｂを有する階調部１３とを備えたフォトマスク１０を製造することができる。なお、図８は、このようにして製造されたフォトマスク１０の表面を撮影した写真図を示しており、黒色のドットが微小遮蔽部１５ａを示している。
【００３６】
ところで、上記ではレジスト６５のうち紫外光Ｕが照射された箇所が除去される態様を用いて説明したが、これに限られることなく、レジスト６５のうち紫外光Ｕなどの光が照射された箇所（所定部分）以外の部分が除去される態様を用いてもよい。
【００３７】
（位置計測システムの作用効果）
次に、本実施の形態によるフォトマスク１０を用いたモーションキャプチャシステム（位置計測システム）の作用効果について説明する。
【００３８】
まず、照射光源２１から光が照射される（図２（ａ）および図３参照）。
【００３９】
次に、照射光源２１から照射された光は、コンデンサレンズ２２を通過した後、フォトマスク１０の対応する窓部１１に達する（図２（ａ）（ｂ）参照）。
【００４０】
フォトマスク１０の窓部１１を通過した光は、対物レンズ２９を通過して、身体に取り付けられたセンサ４１を含むタグ４０に達する（図１、図２（ａ）および図５参照）。
【００４１】
次に、受信部５０によってセンサ４１からの光の明暗と光の強度に関する情報が受け取られ、制御部５５によって対象となっているセンサ４１の位置が特定される（図１参照）。
【００４２】
より具体的には、まず、バイナリ部１２に属する窓部１１を通過した光の明暗によって、センサ４１の位置が大まかに把握される。上述した例で言えば、所定の位置に位置するセンサ４１（○に位置するセンサ４１）は、窓部１１ａを通過した光を受けて“明”と判断され、次に、窓部１１ｂを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｃを通過した光を受けて“明”と判断されることによってその位置が特定される。他方、所定の位置に位置するセンサ４１（◎に位置するセンサ４１）は、窓部１１ａを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｂを通過した光を受けて“暗”と判断され、次に、窓部１１ｃを通過した光を受けて“明”と判断されることによってその位置が特定される（図６（ａ）（ｂ）参照）。
【００４３】
次に、階調部１３に属する窓部１１を通過した光の強度によって、センサ４１の位置が正確に把握される。すなわち、階調部１３を通過した光は、バイナリ部１２を通過した光のように“明”と“暗”といった２値化された光ではなく、連続的に変化したグラデーション状の光となっている。このため、制御部５５は、センサ４１がバイナリ部１２を透過した光の“明”と“暗”だけでなく、階調部１３を透過した光の強度を測定し、光強度に基づきセンサ４１の微小移動量を計算することによって、センサ４１の位置を正確に算出することができ、高い分解能を実現することができる。
【００４４】
より具体的には、特許文献１のような従来技術によれば、プロジェクタ２０からの距離が１ｍのときにおいて、１ステップで０．５ｍｍ移動する場合までしか、センサ４１が移動したことを検出することができなかったが、本実施の形態によれば、１ステップで０．２ｍｍ移動する場合でもセンサ４１が移動したことを検出することができた。
【００４５】
この結果、図９に示すように、センサ４１の実際の移動距離を横軸に取り、制御部５５で算出されたセンサ４１の移動距離の計算値を縦軸に取ったグラフは、略直線状になり理論値（図９の点線、参照）に近いものとなった。なお、図９ではフォトマスク１０の透過率を補正していないものを示しており、フォトマスク１０の透過率を補正した場合には、計算値を理論値により近づけることができる。
【００４６】
ところで、プロジェクタ２０から連続的に変化したグラデーション状の光を照射するために、プロジェクタ２０内で、フォトマスク１０と照射光源２１の相対的な距離をずらすことも考えられる。しかしながら、このような場合には、バイナリ部１２を通過した光もグラデーション状に連続的に変化してしまうため（光の明暗によってセンサ４１の位置を決定することができず光の強度のみでセンサ４１の位置が決定されるため）、バイナリ部１２を通過した光によってセンサ４１の大まかな位置を把握することができなくなってしまい、ひいては、センサ４１の正確な位置を把握することができなくなる。
【００４７】
この点、プロジェクタ２０内で、バイナリ部１２は焦点を合わせたまま位置をずらさず、階調部１３の位置のみを焦点をずらしてぼやかせることも考えられるが、このような構成とするには、バイナリ部１２と階調部１３の窓部１１の各々の位置を正確に決めた筐体を生成する必要があり、コストがかなり高くなってしまって実用化するには現実的ではない。
【００４８】
また、階調部１３を生成するために、遮光材料（例えば、金属）の厚みを適宜調整することも考えられる。しかしながら、このような場合には、遮光材料の各箇所を様々な厚みでエッチングする必要がでてしまうので、生成する際の工程数が増加し、コストが高くなってしまい、やはり現実的ではない。
【００４９】
また、イメージセッターやインクジェット印刷によって中間階調を形成することも考えられるが、この場合には、本実施の形態のように、階調部１３の遮蔽部１３ａを通過した光を連続的に変化したグラデーション状の光とすることはできない。
【００５０】
ところで、本発明のようにセンサ４１が受ける光によって身体の各部位の位置を特定するものではないが、例えば身体にアーム状の器具を取り付けて当該器具の動きを検知することで身体の各部位の位置を検出するものなどで、本実施の形態と同程度の精度（１ステップで０．２ｍｍ移動する場合でもセンサ４１が移動したことを検出することができる精度）を実現しようすれば、販売価格で数千万円となってしまう。これに対して、本実施の形態によれば、低コスト（販売価格で数百万円）で同程度の精度を実現することができ、有益である。
【００５１】
上記のことから分かるように、本実施の形態によれば、低いコストで、高い分解能を実現することができるフォトマスク１０を得ることができ、商業的にも非常に有益である。また、このようなフォトマスク１０を利用することによって、低いコストで、高い分解能を実現することができる投影装置およびモーションキャプチャシステム（位置計測システム）も得ることができる。
【００５２】
ところで、本発明では、ハーフトーン法や多段階露光現像法を組み合わせて用いることもできる。このようにハーフトーン法や多段階露光現像法を用いることによって、フォトマスク１０を製造するコストは高くなるものの、さらに高い分解能を実現することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０    フォトマスク
１１    窓部
１２    バイナリ部
１２ａ  遮蔽部
１２ｂ  透過部
１３    階調部
１５ａ  微小遮蔽部
１５ｂ  微小透過部
２０    プロジェクタ（投影装置）
２１    照射光源
４０    タグ
４１    センサ
６１    ガラス基板（基板）
６３    クロム膜（被加工層）
６５    レジスト
Ｅ      エッチング液
Ｕ      紫外光
【図２】
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【図３】
2010266527.tif 000004
【図５】
2010266527.tif 000005
【図６】
2010266527.tif 000006
【図７】
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【図９】
2010266527.tif 000008
【図１】
2010266527.tif 000009
【図４】
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【図８】
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