JP2000065525A - Displacement detecting device and focus detecting device - Google Patents
Displacement detecting device and focus detecting deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用いた
焦点検出装置および変位検出装置に関する。The present invention relates to a focus detection device and a displacement detection device using an optical waveguide.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光通信、光計測の分野で光導波路
が注目されている。その理由は、光導波路を用いること
によって光学系の小型、軽量化を図ることができ、ま
た、光軸の調整が不要になるという利点を有しているか
らである。2. Description of the Related Art In recent years, optical waveguides have attracted attention in the fields of optical communication and optical measurement. The reason is that the use of the optical waveguide has the advantages that the size and weight of the optical system can be reduced and the adjustment of the optical axis is not required.
【0003】光導波路を利用した計測器の一つとして、
焦点検出装置が提案されている(特開平6−33184
1号公報)。特開平6−331841号公報では、図3
のように光導波路としてダブルモード導波路を用いる。
ダブルモード導波路にレーザ光を入射させると、入射レ
ーザ光の振幅分布に対応して導波路内に0次モードと1
次モードとが励振され、これら2つのモードは、ダブル
モード導波路内で干渉する。これにより、ダブルモード
導波路の出射端における光強度分布に非対称性が生じ
る。特開平6−331841号公報の焦点検出装置は、
この性質を利用し、ダブルモード導波路の端面における
光強度分布の非対称性を検出することにより、焦点の位
置ずれを検出する。[0003] As one of measuring instruments using an optical waveguide,
A focus detection device has been proposed (JP-A-6-33184).
No. 1). In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331841, FIG.
As described above, a double mode waveguide is used as an optical waveguide.
When a laser beam is made incident on a double mode waveguide, the zero-order mode and the
The next mode is excited and these two modes interfere in the double mode waveguide. This causes asymmetry in the light intensity distribution at the exit end of the double mode waveguide. JP-A-6-331841 discloses a focus detection device.
By utilizing this property, the positional shift of the focal point is detected by detecting the asymmetry of the light intensity distribution at the end face of the double mode waveguide.
【0004】なお、ダブルモード導波路内の光強度分布
の非対称性をもたらすものとして2つの要素があり、ひ
とつは、入射レーザ光の強度分布の非対称性であり、も
う一つは、入射レーザ光の位相の非対称性である。ダブ
ルモード領域の長さを適切な長さに設定することによ
り、2つの要素による非対称性を選択的に検出できる
(H.Ooki and J.Iwasaki,Opt
ics Communications 85(199
1)177)。図3のような焦点検出装置では、物体の
位相分布を観察するようにダブルモード領域の長さを設
定することにより、焦点検出を行うことができる。There are two factors that cause the asymmetry of the light intensity distribution in the double mode waveguide, one is the asymmetry of the intensity distribution of the incident laser light, and the other is the asymmetry of the incident laser light. Is the phase asymmetry. By setting the length of the double mode region to an appropriate length, asymmetry due to two elements can be selectively detected (H. Oki and J. Iwasaki, Opt.
ics Communications 85 (199
1) 177). In the focus detection device as shown in FIG. 3, the focus can be detected by setting the length of the double mode region so as to observe the phase distribution of the object.
【0005】図3の構成を具体的に説明する。図3にお
いて、光源101から発せられた光302は、コリメー
タレンズ102で平行光となった後、ハーフミラー10
3で反射して、対物レンズ104によって被検物体10
5に集光される。被検物体105上で反射した光300
は、再び対物レンズ104を通り、ハーフミラー103
を透過して、集光レンズ106によって基板110上に
形成されたダブルモード導波路111の入射端107に
集光される。入射端107は、集光レンズ106の焦点
位置に配置され、しかも、反射光300の光軸301
が、ダブルモード導波路111の中心軸から幅方向にわ
ずかにシフトした位置にくるように配置されている。[0005] The configuration of FIG. 3 will be specifically described. In FIG. 3, a light 302 emitted from a light source 101 is converted into a parallel light by a collimator lens 102, and then becomes a half mirror 10
3 and reflected by the objective lens 104
5 is collected. Light 300 reflected on the test object 105
Passes through the objective lens 104 again and passes through the half mirror 103
And is condensed by the condenser lens 106 on the incident end 107 of the double mode waveguide 111 formed on the substrate 110. The incident end 107 is disposed at the focal position of the condenser lens 106, and furthermore, the optical axis 301 of the reflected light 300.
Are arranged at positions slightly shifted in the width direction from the central axis of the double mode waveguide 111.
【0006】被検物体105が対物レンズ104の焦点
位置にあるときには、反射光300は最も収束されて入
射端107に入射する(図4(b))。そのため、反射
光300の光の等位相面401は、入射端107におい
てダブルモード導波路111の幅方向に平行になり、位
相分布はダブルモード導波路111の中心から幅方向に
ついて対称になる。一方、被検物体105が対物レンズ
104の焦点位置からずれているときには、反射光30
0の収束点が入射端107よりも手前側もしくは奥側に
ずれる(図4(a),(c))。このため、入射端10
7における反射光300の光スポットの等位相面401
は曲面となり、位相分布は入射端107の中心に対して
非対称になる。When the test object 105 is at the focal position of the objective lens 104, the reflected light 300 is most converged and enters the incident end 107 (FIG. 4B). Therefore, the equal phase plane 401 of the light of the reflected light 300 is parallel to the width direction of the double mode waveguide 111 at the incident end 107, and the phase distribution is symmetrical in the width direction from the center of the double mode waveguide 111. On the other hand, when the test object 105 is shifted from the focal position of the objective lens 104, the reflected light 30
The convergence point of 0 is shifted toward the near side or the far side from the incident end 107 (FIGS. 4A and 4C). Therefore, the incident end 10
7, an equal phase plane 401 of the light spot of the reflected light 300
Is a curved surface, and the phase distribution is asymmetric with respect to the center of the incident end 107.
【0007】ダブルモード導波路111の長さLは、物
体の位相分布を観察する条件である、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,
・・・) ただし、Lc:完全結合長(0次モードと1次モードと
の位相差がπとなる長さ) を満たすように設定されている。よって、ダブルモード
導波路111を伝搬した光を導波路112、113に分
岐し、その強度分布を光検出器114、115で検出し
て、差動増幅器116でその差をとることにより、入射
端107における非対称性を検出することができる。差
動増幅器116の出力信号117は、焦点位置ずれ量に
対して図5のような曲線となり、これにより被検物体1
05の対物レンズ104の焦点からの位置ずれを知るこ
とができる。The length L of the double mode waveguide 111 is a condition for observing the phase distribution of an object. L = L c (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, 2
... However, L c is set so as to satisfy the perfect coupling length (the length at which the phase difference between the zero-order mode and the first-order mode becomes π). Accordingly, the light propagating through the double mode waveguide 111 is branched into the waveguides 112 and 113, and the intensity distribution thereof is detected by the photodetectors 114 and 115, and the difference is obtained by the differential amplifier 116. The asymmetry at 107 can be detected. The output signal 117 of the differential amplifier 116 has a curve as shown in FIG. 5 with respect to the focal position shift amount.
The position shift of the objective lens 104 from the focal point can be known.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平6−3
31841号公報に記載されている焦点検出装置は、入
射端107における反射光300の等位相面の傾きを検
出してフォーカスエラー信号を得ている。しかしなが
ら、図6のように被検物体105自体が傾いた場合、反
射光300は、入射端107に斜め方向から入射する。
このため、被検物体105が対物レンズ104の焦点位
置に位置しても、入射端107における等位相面が傾斜
し、入射端107の中心に対して非対称となって、差動
増幅器116の出力117は0にはならない。このた
め、差動増幅器116の出力117と焦点位置ずれ量と
の関係は図5のようにはならない。このように、被検物
体105が傾斜した場合には、正確な焦点検出および変
位検出ができないという問題があった。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-3
The focus detection device described in Japanese Patent No. 31841 obtains a focus error signal by detecting the inclination of the equal phase surface of the reflected light 300 at the incident end 107. However, when the test object 105 itself is tilted as shown in FIG. 6, the reflected light 300 is incident on the incident end 107 from an oblique direction.
For this reason, even if the test object 105 is located at the focal position of the objective lens 104, the equiphase plane at the entrance end 107 is inclined and asymmetric with respect to the center of the entrance end 107, and the output of the differential amplifier 117 does not become 0. For this reason, the relationship between the output 117 of the differential amplifier 116 and the focal position shift amount does not become as shown in FIG. As described above, when the test object 105 is inclined, there is a problem that accurate focus detection and displacement detection cannot be performed.
【0009】本発明は、ダブルモード導波路を用いる構
成であって、被検物体が傾斜した場合にも精度よく変位
量の検出を行うことができる変位検出装置を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a displacement detecting device having a configuration using a double mode waveguide and capable of accurately detecting a displacement amount even when an object to be measured is inclined.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような変位検出装置が提供
される。According to the present invention, there is provided the following displacement detecting apparatus.
【0011】すなわち、光源と、前記光源からの光を被
検物体上に集光する集光光学系と、前記被検物体で反射
され再び前記集光光学系を通過した光を第1および第2
の光束に分割する分割手段と、前記第1および第2の光
束をそれぞれ入射させて伝搬させるための第1および第
2のダブルモード導波路と、前記第1および第2のダブ
ルモード導波路を伝搬してきた光の強度分布の対称性を
それぞれ検出するための第1および第2の検出手段とを
有し、前記第1のダブルモード導波路は、前記第1の光
束が当該第1のダブルモード導波路の中心からわずかに
ずれた位置に入射する位置に配置され、前記第2のダブ
ルモード導波路は、前記第2の光束が当該第2のダブル
モード導波路の中心に入射する位置に配置されているこ
とを特徴とする変位検出装置である。That is, a light source, a condensing optical system for condensing light from the light source on a test object, and light reflected by the test object and passed through the condensing optical system again to first and second light sources. 2
Splitting means for splitting the first and second light fluxes into first and second double-mode waveguides, and the first and second double-mode waveguides for causing the first and second light fluxes to enter and propagate, respectively. First and second detecting means for detecting the symmetry of the intensity distribution of the propagated light, respectively, wherein the first double-mode waveguide is configured such that the first light flux is the first double-mode waveguide. The second double mode waveguide is disposed at a position where it is incident on a position slightly deviated from the center of the mode waveguide, and the second double mode waveguide is located at a position where the second light flux enters the center of the second double mode waveguide. It is a displacement detection device characterized by being arranged.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
面を用いて説明する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0013】まず、第1の実施の形態の変位検出装置に
ついて図1を用いて説明する。基板10には、幅方向に
ダブルモードの2本のダブルモード導波路12、22が
形成されている。2本のダブルモード導波路の入射端1
1、21は、いずれも基板10の側面101に配置され
ている。基板10上には、ダブルモード導波路12を伝
搬してきた光を2方に分岐する分岐部102と、分岐さ
れた光をそれぞれ伝搬するための導波路13、14が形
成されている。さらに、ダブルモード導波路22を伝搬
してきた光を2方に分岐する分岐部103と、分岐され
た光をそれぞれ伝搬するための導波路23、24が形成
されている。First, a displacement detecting device according to a first embodiment will be described with reference to FIG. The substrate 10 is formed with two double mode waveguides 12 and 22 of a double mode in the width direction. Input ends 1 of two double mode waveguides
Both 1 and 21 are arranged on the side surface 101 of the substrate 10. On the substrate 10, a branch portion 102 for branching the light propagating through the double mode waveguide 12 into two directions, and waveguides 13 and 14 for respectively propagating the branched light are formed. Further, a branch portion 103 for branching the light propagating through the double mode waveguide 22 in two directions, and waveguides 23 and 24 for respectively propagating the branched light are formed.
【0014】基板10と被検物体5との間には、集光レ
ンズ8、ハーフミラー6、ミラー7、ハーフミラー3、
対物レンズ4、コリメータレンズ2、レーザ光源1が、
図1のように配置されている。A condenser lens 8, a half mirror 6, a mirror 7, a half mirror 3,
The objective lens 4, the collimator lens 2, and the laser light source 1
They are arranged as shown in FIG.
【0015】また、導波路13、14、23、24の出
射端には、光検出器15、16、25、26がそれぞれ
取り付けられている。光検出器15、16には、これら
の出力の差を求める差動増幅器17が接続されている。
光検出器25、26には、差動増幅器27が接続されて
いる。差動増幅器17、27には処理回路30が接続さ
れている。Light detectors 15, 16, 25, and 26 are attached to the emission ends of the waveguides 13, 14, 23, and 24, respectively. The photodetectors 15 and 16 are connected to a differential amplifier 17 for obtaining a difference between these outputs.
A differential amplifier 27 is connected to the photodetectors 25 and 26. A processing circuit 30 is connected to the differential amplifiers 17 and 27.
【0016】なお、ダブルモード導波路12および分岐
部102のダブルモード領域の長さL1、ならびに、ダ
ブルモード導波路22および分岐部103のダブルモー
ド領域の長さL2は、それぞれ物体の位相分布を観察す
る条件 L1=Lc1(2m+1)/2 (m=0,1,2,
・・・) L2=Lc2(2n+1)/2 (n=0,1,2,
・・・) ただし、 Lc1:完全結合長(ダブルモード導波路12において0
次モードと1次モードとの位相差がπとなる長さ) Lc2:完全結合長(ダブルモード導波路22において0
次モードと1次モードとの位相差がπとなる長さ) を満たすように設定されている。Note that the length L 1 of the double mode region of the double mode waveguide 12 and the branch portion 102 and the length L 2 of the double mode region of the double mode waveguide 22 and the branch portion 103 are respectively the phase of the object. Conditions for observing distribution L 1 = L c1 (2m + 1) / 2 (m = 0,1,2,2
...) L 2 = L c2 (2n + 1) / 2 (n = 0, 1, 2,
...) Where L c1 : perfect coupling length (0 in double mode waveguide 12)
L c2 : perfect coupling length (0 in the double mode waveguide 22)
(The length at which the phase difference between the next mode and the first mode is π).
【0017】また、基板10は、図1のy方向について
は、入射端11、21が、集光レンズ8の焦点距離に位
置するように位置あわせされている。また、光105と
光106の光軸の間隔は、基板10上のダブルモード導
波路12,22の間隔よりもわずかに広くなるように設
定されている。そして、光105の光軸108はダブル
モード導波路12の中心軸からわずかにシフトした位置
に入射し、しかも、光106の光軸109はダブルモー
ド導波路22の中心軸に入射するように位置あわせされ
ている。The substrate 10 is positioned so that the incident ends 11 and 21 are located at the focal length of the condenser lens 8 in the y direction in FIG. The distance between the optical axes of the light 105 and the light 106 is set to be slightly wider than the distance between the double mode waveguides 12 and 22 on the substrate 10. The optical axis 108 of the light 105 is incident on a position slightly shifted from the central axis of the double mode waveguide 12, and the optical axis 109 of the light 106 is positioned such that it enters the central axis of the double mode waveguide 22. It has been aligned.
【0018】ここで、被検物体5が傾斜していない場合
の図1の変位検出装置の動作について説明する。Here, the operation of the displacement detecting device shown in FIG. 1 when the test object 5 is not inclined will be described.
【0019】レーザ光源1から発せられた光104は、
コリメータレンズ2で平行光となった後、ハーフミラー
3で反射され、対物レンズ4によって被検物体5に集光
する。被検物体5で反射された光107は、再び対物レ
ンズ4を通り、ハーフミラー3を透過して、もう一つの
ハーフミラー6に至る。ここで、一部の光105はハー
フミラー6を透過し、残りの光106はハーフミラー6
で反射される。ハーフミラー6で反射された光106
は、ミラー7で偏向されて、光105と平行になる。光
105および光106は、いずれも集光レンズ8によっ
て集光され、光105はダブルモード導波路12の入射
端11に入射し、光106はもう一つのダブルモード導
波路22の入射端21に入射する。The light 104 emitted from the laser light source 1 is
After being converted into parallel light by the collimator lens 2, the light is reflected by the half mirror 3 and condensed on the test object 5 by the objective lens 4. The light 107 reflected by the test object 5 passes through the objective lens 4 again, passes through the half mirror 3, and reaches another half mirror 6. Here, a part of the light 105 is transmitted through the half mirror 6 and the remaining light 106 is a half mirror 6
Is reflected by Light 106 reflected by half mirror 6
Is deflected by the mirror 7 and becomes parallel to the light 105. The light 105 and the light 106 are both condensed by the condenser lens 8, the light 105 is incident on the incident end 11 of the double mode waveguide 12, and the light 106 is incident on the incident end 21 of another double mode waveguide 22. Incident.
【0020】上述のように、光105は、ダブルモード
導波路12の入射端11の中心からわずかにずれた位置
に入射するように位置あわせされているため、入射端1
1における光105の等位相面は、被検物体5の対物レ
ンズ4の焦点位置からのずれ量に応じて非対称性を生じ
る。As described above, since the light 105 is positioned so as to enter a position slightly shifted from the center of the incident end 11 of the double mode waveguide 12, the incident end 1
The phase 105 of the light 105 at 1 has asymmetry according to the amount of deviation of the test object 5 from the focal position of the objective lens 4.
【0021】具体的には、被検物体5が対物レンズ4の
焦点位置にあるときには、光105は最も収束されて入
射端11に入射する(図4(b))ため、入射端11に
おける等位相面401は、ダブルモード導波路12の幅
方向に平行になる。よって、位相分布はダブルモード導
波路12の中心から幅方向について対称になる。ダブル
モード導波路12のダブルモード領域の長さL1は、前
述した位相分布を観察する条件を満たす長さに設定され
ているため、ダブルモード導波路12での0次モード光
と1次モード光との干渉の結果、分岐部102において
等しい強度の光が導波路13,14に分配される。一
方、被検物体5が対物レンズ4の焦点位置からずれてい
るときには、光105の収束点が入射端11よりも手前
側もしくは奥側にずれる(図4(a),(c))ため、
入射端11における光105の光スポットの等位相面4
01は曲面となり、位相分布は入射端11の中心に対し
て非対称になる。したがって、ダブルモード導波路12
には、0次モード光と1次モード光とが励振され、両モ
ード光が干渉した光が、ダブルモード導波路12を蛇行
しながら伝搬する。ダブルモード導波路12のダブルモ
ード領域の長さL1は、上述した位相分布を観察する条
件に設定されているため、分岐部102においては、入
射端11における等位相面の非対称性に応じた強度の光
が導波路13,14に分配され、導波路13,14を伝
搬する。導波路13、14を伝搬してきた光は、光検出
器15,16でその強度を検出され、差動増幅器17で
その差が求められる。したがって、差動増幅器17の出
力信号18の出力の大きさは、被検物体5の対物レンズ
4の焦点位置からのずれ量に対して図5のフォーカスエ
ラー曲線のような関係になる。More specifically, when the test object 5 is at the focal position of the objective lens 4, the light 105 is most converged and is incident on the incident end 11 (FIG. 4B). The phase plane 401 is parallel to the width direction of the double mode waveguide 12. Therefore, the phase distribution is symmetric in the width direction from the center of the double mode waveguide 12. The length L 1 of the double mode region of the double mode waveguide 12 is set to a length that satisfies the condition for observing the phase distribution described above. As a result of the interference with the light, light having the same intensity is distributed to the waveguides 13 and 14 in the branch portion 102. On the other hand, when the test object 5 is displaced from the focal position of the objective lens 4, the convergence point of the light 105 is shifted to the near side or the far side from the incident end 11 (FIGS. 4A and 4C).
Equal phase plane 4 of light spot of light 105 at incident end 11
01 is a curved surface, and the phase distribution is asymmetric with respect to the center of the incident end 11. Therefore, the double mode waveguide 12
In this case, the 0th-order mode light and the 1st-order mode light are excited, and the light in which the two-mode light interferes propagates in the double-mode waveguide 12 while meandering. Since the length L 1 of the double mode region of the double mode waveguide 12 is set under the conditions for observing the phase distribution described above, in the branch portion 102, the length L 1 according to the asymmetry of the equal phase plane at the incidence end 11. Light of high intensity is distributed to the waveguides 13 and 14 and propagates through the waveguides 13 and 14. The intensity of the light propagating through the waveguides 13 and 14 is detected by photodetectors 15 and 16, and the difference is obtained by a differential amplifier 17. Therefore, the magnitude of the output of the output signal 18 of the differential amplifier 17 has a relationship like the focus error curve in FIG. 5 with respect to the amount of deviation of the test object 5 from the focal position of the objective lens 4.
【0022】一方、光106が入射するダブルモード導
波路22は、入射端21の中心に光106が入射するよ
うに位置あわせされている。このため、被検物体5が傾
斜していない図1の状態では、被検物体5が対物レンズ
4の焦点位置にある場合も、焦点位置からずれている場
合も、常に、入射端21における光106の等位相面
は、ダブルモード導波路22の中心に対して対称にな
る。したがって、ダブルモード導波路22には、0次モ
ード光のみが励振され、分岐部103で等しい強度の光
が導波路23,24に分岐される。導波路23,24を
伝搬してきた光の強度は、光検出器25,26で検出さ
れ、差動増幅器27でその差が求められる。この場合、
導波路23、24の光強度は等しいため差動増幅器の出
力信号28は、常に0となる。On the other hand, the double mode waveguide 22 on which the light 106 is incident is positioned so that the light 106 is incident on the center of the incident end 21. For this reason, in the state of FIG. 1 in which the test object 5 is not tilted, the light at the incident end 21 is always maintained regardless of whether the test object 5 is at the focal position of the objective lens 4 or is shifted from the focal position. The equal phase plane 106 is symmetric with respect to the center of the double mode waveguide 22. Therefore, only the zero-order mode light is excited in the double mode waveguide 22, and the light having the same intensity is branched into the waveguides 23 and 24 at the branching unit 103. The intensity of the light propagating through the waveguides 23 and 24 is detected by photodetectors 25 and 26, and the difference is obtained by a differential amplifier 27. in this case,
Since the light intensities of the waveguides 23 and 24 are equal, the output signal 28 of the differential amplifier is always 0.
【0023】今度は、被検物体5がθ傾いた場合につい
て、図2を用いて説明する。Next, a case where the test object 5 is inclined by θ will be described with reference to FIG.
【0024】被検物体5が傾いた場合には、被検物体5
による反射光107も傾き、ダブルモード導波路12,
22に入射する光105,106も傾く。ダブルモード
導波路12に入射する光105は、ちょうど従来例の図
6と同様な状態となる。したがって、差動増幅器17の
出力信号18には、被検物体5の傾きθによる位相分布
の非対称性と、焦点からのずれ量による位相分布の非対
称性の両方の情報が含まれる。このため、差動増幅器1
7の出力信号18は、被検物体5が焦点位置にあっても
0にはならず、図5のような原点を通る曲線にはならな
い。When the object 5 is tilted, the object 5
The reflected light 107 of the double mode waveguide 12,
Lights 105 and 106 incident on 22 also tilt. The light 105 incident on the double mode waveguide 12 is in the same state as in FIG. 6 of the conventional example. Therefore, the output signal 18 of the differential amplifier 17 includes information on both the asymmetry of the phase distribution due to the inclination θ of the test object 5 and the asymmetry of the phase distribution due to the amount of deviation from the focal point. Therefore, the differential amplifier 1
The output signal 18 of 7 does not become 0 even when the test object 5 is at the focal position, and does not become a curve passing through the origin as shown in FIG.
【0025】一方、ダブルモード導波路22に入射する
光106は、入射端21の中心に入射するため、被検物
体5の傾きθによる等位相面の傾斜によって位相分布が
非対称となる。したがって、差動増幅器27の出力信号
28は、被検物体5の傾きθの情報のみを表す出力とな
る。On the other hand, since the light 106 incident on the double mode waveguide 22 is incident on the center of the incident end 21, the phase distribution becomes asymmetric due to the inclination of the equiphase plane due to the inclination θ of the test object 5. Therefore, the output signal 28 of the differential amplifier 27 is an output representing only the information on the inclination θ of the test object 5.
【0026】そこで、本実施の形態の変位検出装置で
は、処理回路30が、信号28により被検物体5の傾き
θを検出することにより、被検物体5の正確な焦点位置
ずれを検出することを可能にする。処理回路30は、図
1のように記憶部130と選択部131とを備えてい
る。記憶部130には、予め被検物体5の試料をθだけ
傾斜させて測定した、信号18の大きさと焦点位置ずれ
量との関係を示すテーブル、ならびに、そのθのときの
信号28の大きさが格納されている。このテーブルは、
θ1≦θ≦θ2の範囲で、θの値ごとに用意されている。
但し、θ1≦θ≦θ2の範囲は、被検物体5が傾斜する可
能性がある範囲である。選択部131は、実際の被検物
体5で測定された信号28および信号18を受け取り、
このうちの信号28の大きさに対応する前記テーブルを
選択する。さらに、選択部131は、そのテーブルか
ら、信号18の大きさに対応する焦点位置ずれ量を読み
出し、この焦点位置ずれ量に応じた信号31を出力す
る。信号31は、焦点位置ずれ量の数値を表すデジタル
信号であっても、焦点位置ずれ量に比例した大きさの電
流または電圧信号であってもよい。Therefore, in the displacement detecting apparatus of the present embodiment, the processing circuit 30 detects the inclination θ of the object 5 based on the signal 28, thereby detecting the accurate focal position shift of the object 5 to be detected. Enable. The processing circuit 30 includes a storage unit 130 and a selection unit 131 as shown in FIG. The storage unit 130 has a table indicating the relationship between the magnitude of the signal 18 and the amount of focal position shift measured in advance by tilting the sample of the test object 5 by θ, and the magnitude of the signal 28 at that θ. Is stored. This table is
It is prepared for each value of θ in the range of θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 .
However, the range of θ 1 ≦ θ ≦ θ 2 is a range in which the test object 5 may be inclined. The selection unit 131 receives the signal 28 and the signal 18 measured on the actual test object 5,
The table corresponding to the magnitude of the signal 28 is selected. Further, the selecting unit 131 reads out the focal position shift amount corresponding to the magnitude of the signal 18 from the table, and outputs the signal 31 corresponding to the focal position shift amount. The signal 31 may be a digital signal representing a numerical value of the focal position deviation amount, or a current or voltage signal having a magnitude proportional to the focal position deviation amount.
【0027】このように本実施の形態の変位検出装置で
は、2本のダブルモード導波路12、22を用い、その
うちの1本が被検物体5の傾斜情報のみを検出するよう
な構成にしたことにより、被検物体5が傾斜した場合に
も精度よく変位を検出することができる。As described above, in the displacement detecting device of the present embodiment, two double mode waveguides 12 and 22 are used, one of which detects only the tilt information of the test object 5. Thus, the displacement can be accurately detected even when the test object 5 is tilted.
【0028】なお、処理回路30は、上述した構成以外
の構成にすることも可能である。例えば、記憶部130
に、信号28の大きさごとに予め定めた補正用数式を格
納しておく構成にすることができる。この補正用数式
は、信号18の出力に含まれる被検物体5の傾斜情報の
出力を除去するための数式であり、予め被検物体5の試
料を傾斜させた状態で、信号18と焦点ずれ量との関係
を測定して求めたものである。実際の被検物体5の変位
を求める場合には、選択部131は、測定した信号28
に対応する数式を記憶部130から読み出し、この数式
に信号18の出力を代入することにより、信号18の補
正をおこない、補正結果を信号31として出力する。こ
れにより、被検物体5の傾斜情報を含まない正確な焦点
位置ずれ量を出力することができる。The processing circuit 30 can have a configuration other than the configuration described above. For example, the storage unit 130
Alternatively, a configuration may be employed in which a correction mathematical expression predetermined for each magnitude of the signal 28 is stored. This correction formula is a formula for removing the output of the tilt information of the test object 5 included in the output of the signal 18. When the sample of the test object 5 is tilted in advance, the correction It is determined by measuring the relationship with the amount. When obtaining the actual displacement of the test object 5, the selection unit 131 sets the measured signal 28
Is read from the storage unit 130 and the output of the signal 18 is substituted into this formula, thereby correcting the signal 18 and outputting the correction result as a signal 31. Thereby, it is possible to output an accurate defocus amount that does not include the tilt information of the test object 5.
【0029】この場合、θが変化しても数式の係数や定
数が変化するだけで、数式の骨格自体が変化しない場合
には、記憶部130に係数や定数のみを信号28の大き
さごとに格納するようにすることもできる。選択部13
1は、信号28に対応する係数や定数を読み出した後、
この係数や定数を当てはめた数式を作成し、この数式に
信号18の出力を代入して信号18の補正を行う。この
ような方法によっても被検物体5の傾斜情報を含まない
正確な焦点位置ずれ量を出力することができる。In this case, even if θ changes, only the coefficients and constants of the mathematical expression change, and the skeleton of the mathematical expression itself does not change. It can also be stored. Selector 13
1 reads out a coefficient or a constant corresponding to the signal 28,
A formula is created by applying the coefficients and constants, and the signal 18 is corrected by substituting the output of the signal 18 into the formula. Even by such a method, it is possible to output an accurate focal position shift amount that does not include the tilt information of the test object 5.
【0030】つぎに、別の実施の形態の変位計測装置に
ついて図7を用いて説明する。Next, a displacement measuring apparatus according to another embodiment will be described with reference to FIG.
【0031】図7の変位計測装置では、被検物体5は、
傾斜を正すためのステージ701に搭載される。ステー
ジ701は、ダブルモード導波路12、22の幅方向に
ついて被検物体5の傾斜を変化させるものである。制御
回路307は、差動増幅器27の出力信号28が0では
ない場合には、被検物体5が傾斜していると判断して、
信号28の値の変化を監視しながら、信号702を出力
して、信号28が0に近くなる方向にステージ701を
傾斜させる。これにより、被検物体5の傾斜がなくな
り、信号28が0になる状態(図1の状態)にする。制
御回路307は、信号28が0になったならば、信号1
8を焦点位置ずれ信号として出力する。図7において、
図1および図3で説明した実施の形態と同じ符号を付し
た構成は、図1および図3を同じであるので説明を省略
する。In the displacement measuring device shown in FIG.
It is mounted on a stage 701 for correcting inclination. The stage 701 changes the inclination of the test object 5 in the width direction of the double mode waveguides 12 and 22. When the output signal 28 of the differential amplifier 27 is not 0, the control circuit 307 determines that the test object 5 is tilted,
The signal 702 is output while monitoring the change in the value of the signal 28, and the stage 701 is tilted so that the signal 28 approaches 0. As a result, the object 5 is no longer tilted, and the signal 28 becomes 0 (the state shown in FIG. 1). When the signal 28 becomes 0, the control circuit 307 outputs the signal 1
8 is output as a focal position shift signal. In FIG.
1 and FIG. 3 are the same as those in the embodiment described with reference to FIG. 1 and FIG.
【0032】図7の変位計測装置では、被検物体の傾斜
を0にしてから信号18を出力する構成であるため、光
源1からの光104を被検物体5に常に垂直に入射させ
ることができる。したがって、信号18には被検物体5
の傾斜情報が含まれず、焦点位置ずれ情報のみを出力す
ることができる。Since the displacement measuring apparatus shown in FIG. 7 is configured to output the signal 18 after setting the inclination of the test object to 0, the light 104 from the light source 1 can always be vertically incident on the test object 5. it can. Therefore, the signal 18 includes the test object 5
, And only the focal position shift information can be output.
【0033】なお、図7の構成では、被検物体5の傾き
をステージ701により変化させたが、被検物体5によ
っては傾きを変えられないものもある。そのような場合
には、基板10から対物レンズ4までの光学系を光源1
も含めてステージに搭載し、信号28が0になるように
このステージの傾きを変える構成にすることもできる。
これにより、図7と同様に光源1からの光104を被検
物体5に常に垂直に入射させることができ、焦点位置ず
れ情報のみを含む信号18を得ることができる。In the configuration shown in FIG. 7, the inclination of the test object 5 is changed by the stage 701. However, the tilt of some test objects 5 cannot be changed. In such a case, the optical system from the substrate 10 to the objective lens 4 is
, And the inclination of the stage can be changed so that the signal 28 becomes zero.
As a result, the light 104 from the light source 1 can always be vertically incident on the test object 5 as in FIG. 7, and the signal 18 including only the focal position shift information can be obtained.
【0034】また、上述してきた実施の形態はいずれも
変位計測装置であったが、この構成は対物レンズ4の焦
点からのずれ量を変位として出力するものであるため、
焦点位置ずれ量が0となる位置を焦点位置として検出す
る焦点検出装置として用いることも可能である。In each of the embodiments described above, the displacement measuring device is used. However, since this configuration outputs the displacement amount of the objective lens 4 from the focal point as a displacement,
It can also be used as a focus detection device that detects a position where the focus position shift amount becomes 0 as a focus position.
【0035】[0035]
【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
ダブルモード導波路を用いる構成であって、被検物体が
傾斜した場合にも精度よく変位量の検出を行うことがで
きる変位検出装置を提供することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a displacement detection device having a configuration using a double mode waveguide and capable of accurately detecting a displacement amount even when a test object is inclined.
【図1】本発明の第1の実施の形態の変位計測装置の構
成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a displacement measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の変位計測装置において被検物体5が傾斜
した状態を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a state where a test object 5 is tilted in the displacement measuring device of FIG. 1;
【図3】従来のダブルモード導波路を用いた変位計測装
置の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional displacement measuring device using a double mode waveguide.
【図4】(a),(b),(c)図1および図3のダブ
ルモード導波路と被検物体からの反射光の等位相面との
関係を示す説明図。FIGS. 4A, 4B, and 4C are explanatory diagrams showing the relationship between the double-mode waveguide shown in FIGS. 1 and 3 and an equal phase plane of reflected light from a test object.
【図5】図1および図3の装置で得られるフォーカスエ
ラー曲線を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a focus error curve obtained by the apparatus shown in FIGS. 1 and 3;
【図6】図3の装置で被検物体が傾斜した状態を示すブ
ロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a state in which a test object is inclined in the apparatus shown in FIG. 3;
【図7】本発明の第2の実施の形態の変位計測装置の構
成を示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a displacement measuring device according to a second embodiment of the present invention.
1・・・レーザ光源、2・・・コリメータレンズ、3・
・・ハーフミラー、4・・・対物レンズ、5・・・被検
物体、6・・・ハーフミラー、7・・・ミラー、8・・
・集光レンズ、10・・・基板、11、21・・・入射
端、12、22・・・ダブルモード導波路、15、1
6、25、26・・・光検出器、17、27・・・差動
増幅器、30・・・処理回路。1 ... laser light source, 2 ... collimator lens, 3 ...
..Half mirror, 4 ... objective lens, 5 ... test object, 6 ... half mirror, 7 ... mirror, 8 ...
・ Condenser lens, 10 ・ ・ ・ substrate, 11, 21 ・ ・ ・ incident end, 12, 22 ・ ・ ・ double mode waveguide, 15, 1
6, 25, 26: photodetector, 17, 27: differential amplifier, 30: processing circuit.
Claims (5)
集光する集光光学系と、前記被検物体で反射され再び前
記集光光学系を通過した光を第1および第2の光束に分
割する分割手段と、前記第1および第2の光束をそれぞ
れ入射させて伝搬させるための第1および第2のダブル
モード導波路と、前記第1および第2のダブルモード導
波路を伝搬してきた光の強度分布の対称性をそれぞれ検
出するための第1および第2の検出手段とを有し、 前記第1のダブルモード導波路は、前記第1の光束が当
該第1のダブルモード導波路の中心からわずかにずれた
位置に入射する位置に配置され、前記第2のダブルモー
ド導波路は、前記第2の光束が当該第2のダブルモード
導波路の中心に入射する位置に配置されていることを特
徴とする変位検出装置。1. A light source, a condensing optical system for condensing light from the light source on a test object, and a light reflected by the test object and passed through the condensing optical system again to first and second light sources. Splitting means for splitting into two light beams, first and second double-mode waveguides for causing the first and second light beams to enter and propagate, respectively, and the first and second double-mode waveguides And first and second detection means for respectively detecting the symmetry of the intensity distribution of the light that has propagated through the first double-mode waveguide. The second double-mode waveguide is disposed at a position slightly incident from a center of the double-mode waveguide, and the second double-mode waveguide is located at a position where the second light flux enters the center of the second double-mode waveguide. Displacement detection device characterized by being disposed at .
前記第2の検出手段の検出結果を用いて、前記第1の検
出手段の出力に含まれる前記被検物体の傾き情報を除去
する処理手段を有することを特徴とする変位検出装置。2. The displacement detecting device according to claim 1, wherein
A displacement detection apparatus, comprising: a processing unit configured to remove inclination information of the test object included in an output of the first detection unit using a detection result of the second detection unit.
前記処理手段は、格納部と選択部とを有し、 前記格納部には、予め求めておいた、前記第1の検出手
段の出力と前記第2の検出手段の出力と前記被検物体の
変位量との関係を示すテーブルが格納され、 前記選択部は、前記テーブルから前記第1および第2の
検出手段の出力に対応する前記被検物体の変位量を読み
出し、これを出力することを特徴とする変位検出装置。3. The displacement detecting device according to claim 2, wherein
The processing unit has a storage unit and a selection unit. The storage unit has an output of the first detection unit, an output of the second detection unit, and an output of the object to be detected, which are obtained in advance. A table indicating a relationship with the displacement amount is stored, and the selecting unit reads the displacement amount of the test object corresponding to the output of the first and second detection means from the table, and outputs this. Characteristic displacement detection device.
前記処理手段は、予め求めておいた、前記第2の検出手
段の検出結果に対応する補正値を用いて、前記第1の検
出手段の出力を補正する計算を行うことを特徴とする変
位検出装置。4. The displacement detecting device according to claim 2, wherein
Wherein said processing means performs a calculation for correcting an output of said first detecting means by using a correction value obtained in advance and corresponding to a detection result of said second detecting means. apparatus.
集光する集光光学系と、前記被検物体で反射され再び前
記集光光学系を通過した光を第1および第2の光束に分
割する分割手段と、前記第1および第2の光束をそれぞ
れ入射させて伝搬させるための第1および第2のダブル
モード導波路と、前記第1および第2のダブルモード導
波路を伝搬してきた光の強度分布の対称性をそれぞれ検
出するための第1および第2の検出手段とを有し、 前記第1のダブルモード導波路は、前記第1の光束が当
該第1のダブルモード導波路の中心からわずかにずれた
位置に入射する位置に配置され、前記第2のダブルモー
ド導波路は、前記第2の光束が当該第2のダブルモード
導波路の中心に入射する位置に配置されていることを特
徴とする焦点検出装置。5. A light source, a condensing optical system for condensing light from the light source on a test object, and a light reflected by the test object and passed through the condensing optical system again, to first and second light sources. Splitting means for splitting into two light beams, first and second double-mode waveguides for causing the first and second light beams to enter and propagate, respectively, and the first and second double-mode waveguides And first and second detection means for respectively detecting the symmetry of the intensity distribution of the light that has propagated through the first double-mode waveguide. The second double-mode waveguide is disposed at a position slightly incident from a center of the double-mode waveguide, and the second double-mode waveguide is located at a position where the second light flux enters the center of the second double-mode waveguide. Focus detection device characterized by being arranged at .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10232976A JP2000065525A (en) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | Displacement detecting device and focus detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10232976A JP2000065525A (en) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | Displacement detecting device and focus detecting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000065525A true JP2000065525A (en) | 2000-03-03 |
Family
ID=16947848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10232976A Pending JP2000065525A (en) | 1998-08-19 | 1998-08-19 | Displacement detecting device and focus detecting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000065525A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011150277A (en) * | 2009-12-25 | 2011-08-04 | Sony Corp | Stage control device, stage control method, stage control program and microscope |
CN108020163A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-11 | 中国科学技术大学 | A kind of device of micro- tracking particulate three-D displacement |
-
1998
- 1998-08-19 JP JP10232976A patent/JP2000065525A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011150277A (en) * | 2009-12-25 | 2011-08-04 | Sony Corp | Stage control device, stage control method, stage control program and microscope |
CN108020163A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-11 | 中国科学技术大学 | A kind of device of micro- tracking particulate three-D displacement |
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