JP2004144533A - Minute light source locating system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute light source locating system capable of quickly acquiring accurate positional data on the light emitting spot of a semiconductor laser attached to an inspection table. <P>SOLUTION: A triangular slit etc. are moved so that a luminous flux obtained by condensing with an objective lens 52 light from a minute light source 2 moves crossing the triangular slit 61 whose width becomes gradually wider in its width direction. On the basis of the variation property of the output amplitude of a first light-receiving means 54 which receives light having passed through the slit then, the location of the minute light source in XY plane vertical to its optical axis is specified. A grid slit member having a large number of slits in its transverse direction side by side is arranged being inclined obliquely, so that the distance from each slit up to the objective lens gradually changes interposing a picture dot in between. The slit etc. are moved so that the optical flux condensed with the objective lens crosses these slits, and by analyzing the variation property of the output amplitude of the light-receiving means obtained that time, the position in Z direction of the minute light source is specified. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置に関し、特に検査台に取り付けられた半導体レーザの正確な取付位置を測定するための微小光源位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重による光通信の送信装置に使用される半導体レーザの検査項目の１つとして、サイドモード抑圧比率（ＳＭＳＲ…Ｓｉｄｅ−Ｍｏｄｅ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｒａｔｉｏ）がある。ＳＭＳＲの測定ではスペクトルアナライザを用いるが、この際、スペクトルアナライザに接続された光ファイバの一端に半導体レーザの出力光を高レベルで入射させる必要がある。すなわち、ＳＭＳＲの測定においては、ピークの波長とサイドモードの波長との出力差が３５ｄＢ程度あるので、サイドモードの成分がノイズに埋もれないようにするためには、半導体レーザと光ファイバとの位置合わせを正確に行って、半導体レーザの出力光を的確に光ファイバに入射させる必要がある。
【０００３】
従来は、たとえば、スペクトルアナライザを観察しながら半導体レーザと光ファイバ端面の相対位置をＸＹＺの各方向について少しずつ動かして、入力が最大になる位置を見つけ出すことで位置合わせを行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３９３１１号公報
【特許文献２】
特開平７−１９０７７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような位置合わせ方法では、ＳＭＳＲの測定準備に長い時間を要し、検査効率を充分高めることができないという問題があった。一方、半導体レーザは既に検査台に固定されているので、その位置を正確に測定できれば、固定されている半導体レーザの位置に合わせて光ファイバを移動させることで、互いの位置合わせを自動化することが可能になる。
【０００６】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、検査台に取り付けられた半導体レーザなどの微小光源の正確な位置データを取得すること、および、ＸＹＺの各方向における位置データを迅速に取得することのできる微小光源位置測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００８】
［２］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が左右対称に次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との中心位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００９】
［３］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との間をスリット（６１）の左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１０】
［４］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときにおける前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を、そのときの光束中心のＹ方向位置と前記スリット（６１）の広がり具合とから求めた当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量で補正することにより、前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１１】
［５］前記レンズ部（５２）によって前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点もしくはその近傍に前記スリット（６１）が位置するように前記スリット部材（６０）を配置する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１２】
［６］前記スリット（６１）の幅方向と前記Ｘ方向との一致を検証する取付角検証手段（８２）をさらに有し、
前記取付角検証手段（８２）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を、前記スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、前記変化特性の相違と前記スリット部材（６０）のＹ方向への移動距離と前記スリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、前記スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との差を求める
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１３】
［７］前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１４】
［８］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて、前記光軸方向であるＺ方向における前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１５】
［９］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分して絶対値をとり、これにおいて最大値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１６】
［１０］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性に現れた多数のピークから、最大ピーク値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１７】
［１１］［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置と、［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置とを少なくともレンズ部（５２）を共用して備えるとともに、前記レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束に分岐するビームスプリッタ（５３）を有し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第１光束を［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置で使用し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第２光束を［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置で使用するように構成した
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１８】
［１２］前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて前記光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように前記レンズ部（５２）を回転させるとともに、前記移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えて前記レンズ部（５２）の角度および回転角を用いることを特徴とする［１］、［２］、［３］、［４］、［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］または［１１］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。
検査台に固定された半導体レーザなどの微小光源（２）からの光はレンズ部（５２）を介して集光される。受光手段（５４）は、レンズ部（５２）で集光された光束を受光する。幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。またスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致する向きにして、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。好ましくは、スリット（６１）は、レンズ部（５２）によって形成される映像点もしくはその近傍に配置される。映像点とは、レンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像（実像）が生成される箇所である。言い換えると、レンズ部（５２）によって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する点である。
【００２０】
スリット（６１）の形状は、たとえばその底辺をスリットの幅方向とした二等辺三角形であったり、一辺をＸ方向、他辺をＹ方向とした直角三角形であったりしてもよい。スリットの左右のエッジはＹ方向に対して必ずしも左右均等に広がる必要はない。さらにスリットのエッジは、必ずしも直線である必要はなく、幅が次第に広がるものであれば、曲線であってもよい。
【００２１】
移動手段（２３）は、スリット部材（６０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。スリット（６１）はその幅方向がＸ方向と一致するように設定されているので、この移動により、レンズ部（５２）を介して集光された光束が、スリット（６１）を幅方向に横切って移動する。移動光学系（５０）は、スリット部材（６０）のみでも良いし、レンズ部（５２）だけでもよい。さらにスリット部材（６０）とレンズ部（５２）の双方を一体として移動させてもよい。
【００２２】
位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）を移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とを求め、これらの間の距離とスリット（６１）の幅の広がり具合との関係からＹ方向における微小光源（２）の位置を特定する。すなわち、光束の中心がスリット（６１）に入ってから出るまでの移動距離を把握することで光束の中心がスリット（６１）のどの幅の部分を横切ったかを認識する。スリット（６１）は、幅が次第に広がるように形成されているので、該当する幅になっている箇所が、スリット（６１）の幅方向と直交するＹ方向のどの位置であるかを求めることができ、さらにこれに基づいて微小光源（２）のＹ方向位置を特定することができる。
【００２３】
ここで、光束が横切って移動する部分におけるスリット（６１）の幅が光束の直径より大きくなるようにしておく。すなわち、横切る際に必ず光束の全体がスリット内に入り得るようにしておく。このようにすれば、光束がまったくスリット（６１）に入っていない状態と受光手段（５４）の出力特性がピークに達した位置（光束の全体がスリット（６１）に入った位置）との中間位置を、光束の中心がスリット（６１）に入った位置として特定することができる。たとえば、光束がスリット（６１）を通過する際のピーク値に対して、受光手段（５４）の出力の立ち上がり時に、その値がピークのＮ％（たとえば１０％など５０％より十分低い割合）になる位置と、Ｍ％（たとえば９０％など５０％より十分高い割合）になる位置とを求め、これらの位置の中心位置を光束の中心がスリット（６１）に入ったときの位置と判断する。
【００２４】
スリット（６１）の幅がスリット（６１）を通過する光束の直径より大きくするためには、光束の径が最も細くなる箇所（ビームウェスト）、言い換えるとレンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像が生成される映像点、もしくはその近傍にスリット部材（６０）を配置することが望ましい。スリット（６１）を横切る光束の径が小さければ小さいほど、スリット（６１）の幅を狭くすることができる。その結果、移動光学系（５０）の移動範囲が少なくなり、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリット（６１）に出入りする際の受光手段（５４）の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、光束の中心がスリット（６１）に出入りする位置を的確に把握することができ、測定精度を高めることができる。
【００２５】
さらに、スリット（６１）をその幅が左右対称に広がるようにしておき、位置解析手段（８１）は、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との中心位置を求め、これをＸ方向における微小光源（２）の位置として特定する。このように、スリット（６１）が左右対称に広がっているので、出入りの中心位置を求めることで、光束がＹ方向のどの位置でスリット（６１）を横切ったかにかかわりなく、微小光源（２）のＸ方向の位置を特定することができる。
【００２６】
またスリット（６１）の幅が左右対称に広がっていない場合であっても、スリット（６１）の一方のエッジと他方のエッジがどのように広がっているかが既知であれば、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との間を、スリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した点に基づいて、微小光源（２）のＸ方向位置を求めることができる。たとえば、右のエッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左のエッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束の中心がスリット（６１）の右エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心が左エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置との間をｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置を求めることで、微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２７】
さらに、光束がスリット（６１）を横切った箇所における光束中心のＹ方向位置を特定できるので、当該Ｙ方向位置とスリット（６１）の広がり具合とから、当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジの基準点に対するＸ方向オフセット量を求め、光束中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置をＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における微小光源（２）の位置を特定するようにしてもよい。たとえば、三角形のスリット（６１）を用い、スリット（６１）を横切った際の光束中心のＹ方向位置を左右のスリットエッジの交点に対する相対位置で表したものをＹ１、右のエッジから光束中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）のＸ方向位置をＸ１、右のエッジのＹ方向に対する傾斜をθ１とすると、Ｘ方向オフセット量はＹ１×ｔａｎθ１となり、移動光学系（５０）のＸ方向位置であるＸ１からＹ１×ｔａｎθ１を差し引いてＸ１を補正すれば、これを基準として微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２８】
スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致するようにスリット部材（６０）が配置されているか否かは以下のようにして検証する。たとえば、スリット（６１）として、その幅が一定の割合で広がるものを用いる。この例では、二等辺三角形のスリット（６１）を用いる。取付角検証手段（８２）は、移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性を、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そしてこれらの変化特性の相違とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との一致、不一致あるいは誤差を求める。
【００２９】
上記の変化特性の相違としては、たとえば、出力値の変化特性から光束が横切った箇所におけるスリット幅を求め、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置におけるスリット幅の差を求める。すなわち、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とから光束の中心がスリット（６１）に入ってからスリット（６１）を出るまでの距離を求めていることを、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で行い、これらの距離の差とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める。また光束の中心がスリット（６１）に入った時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたり、スリット（６１）を出た時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたりしてもよい。
【００３０】
これら変化特性の相違として求めた距離とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める方法として、たとえば、スリット（６１）が角度θで広がっている場合には、変化特性の相違として求めた距離とスリット（６１）のＹ方向への移動距離とから三角関数を用いてスリットエッジのＹ方向に対する角度を求め、これと本来の角度θとの一致不一致あるいは大小により、スリット（６１）の取付角度を検証するものがある。
【００３１】
またレンズ部（５２）の光軸方向（Ｚ方向）における微小光源（２）の位置は、次のようにして求める。位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に受光手段（５４）の出力値の変化特性における立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、移動光学系（５０）をＺ方向にずらして数箇所について行う。より詳細には、スリット（６１）が微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥にある状態のそれぞれで少なくとも２箇所ずつ上記測定を行い、これらの測定によって得た急峻度が最大になる移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいてＺ方向における前記微小光源（２）の位置を特定する。
【００３２】
急峻度としては、立ち上がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、立下がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、これら移動量の合計、もしくは光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との差などを用いる。これらの距離が少ないほど急峻度が大きいことを表している。
【００３３】
たとえば、受光手段（５４）の出力のピーク値に対して出力が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、出力が９０％に至った位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系（５０）の移動量を求めることができる。立下がり側についても同様である。立ち上がり期間、立下がり期間をどのように定義するかは、上記した１０％と９０％を用いるものに限定されず、たとえば２０〜８０パーセントとしてもよい。
【００３４】
映像点では、ピントがシャープになるので光束の径が小さくなり、映像点から外れるほどピントがぼけて光束の径が大きくなる。したがって、光束がスリット（６１）に出入りする際に受光手段（５４）の出力が急峻に変化するか否かにより、ピントの良し悪しを認識することができる。そしてピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定を行えば、立ち上がり特性を最小二乗法等で回帰近似したグラフと立下がり特性を同じく回帰近似したグラフとの交点として映像点のＺ方向位置を見出すことができる。そしてこの位置とレンズ部（５２）の焦点距離や倍率とから微小光源（２）のＺ方向における実際の位置を特定することができる。
【００３５】
また以下のようにして微小光源（２）のＺ方向位置を求めてもよい。ここでは、スリット（６１）の幅方向に多数のスリット（７１）が併設された格子スリット部材（７０）を用いる。格子スリット部材（７０）は、レンズ部（５２）の光軸をＺ方向とし、かつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、レンズ部（５２）の光軸に垂直であってスリット（６１）の併設方向をＸ方向に一致させた状態に対して、スリット（６１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように、例えば４５度斜めに倒した状態にして、微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置される。すなわち、併設された各スリット（６１）からレンズ部（５２）までの距離が、映像点を挟んで次第に長短に変わるように多数のスリット（７１）が配置されることになる。
【００３６】
移動手段（２３）は、レンズ部（５２）を介して集光された光束が映像点の前後で多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように、格子スリット部材（７０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。これによりたとえば、レンズ部（５２）に近いスリット（６１）を通過する状態からレンズ部（５２）から遠い位置のスリット（６１）を通過する状態へと光束が移動する。
【００３７】
このように移動光学系（５０）を移動させると、受光手段（５４）の出力値は、スリット（６１）の数に応じて波を有する変化特性になる。ここで、映像点に近い位置にあるスリット（６１）を光束が通過するときは、光束の径が小さいので、スリット（６１）へ光束が出入りする際の変化特性（波）が急峻に変化する。一方、スリット（６１）の位置が映像点から離れるにしたがって、ピントが外れて光束の径が大きくなるので、スリット（６１）へ出入りする際の変化特性がなだらかになる。
【００３８】
そこで、位置解析手段（８１）は、受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分してその絶対値をとり、当該絶対値の最大値が現れるであろう移動光学系（５０）の位置を回帰近似等によって求め、これに基づいてＺ方向における微小光源（２）の位置を特定する。
【００３９】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源（２）のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００４０】
レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタ（５３）で分岐し、幅が次第に広がるスリット（６１）に第１光束を通過させることで微小光源（２）のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材（７０）に通すことで、微小光源（２）のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向の位置を特定することができ、微小光源（２）を固定したままで、すべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらにレンズ部（５２）や鏡筒、移動手段（２３）としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【００４１】
さらに移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリット（６１）をその幅方向に横切って移動するようにレンズ部（５２）を回転させるとともに、移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部（５２）の角度および回転角を用いる。レンズ部として望遠鏡光学系を用いて、数メートルまたはこれよりも遠方にある微小光源の位置を特定する場合には、Ｘ方向への移動に代えてレンズ部（鏡筒）の角度や回転角を用いるとよい。すなわち、移動光学系をスリットの幅方向であるＸ方向に移動させる場合、遠方のある程度広い測定範囲の中で微小光源の位置を特定するためには、その測定範囲のＸ方向幅に相当するだけ移動光学系を移動させなければならない。これに対してレンズ部を回転させれば、遠方であっても広い測定範囲をカバーすることができる。
【００４２】
微小光源の存在する方角（角度θ）と微小光源までの距離（ｒ）が分かれば、微小光源のＸ方向位置を特定することができる。またスリットを横切るに要した回転角に基づいて光束がスリットを横切ったＹ方向位置がわかるので、これに基づいて微小光源のＹ方向位置を特定することができる。すなわち、望遠鏡光学系の光軸の延長線がスリットと交差するＹ方向位置と微小光源からの光束がスリットを横切ったＹ方向位置との差から光束の光軸に対する傾き角（θｙ）が分かるので、これと微小光源までの距離（ｒ）とから実際の微小光源のＹ方向位置を求めることができる。なお、微小光源は、光が反射している箇所であってもよい。たとえば、ある物体に細いレーザ光を照射した際の当該物体における反射点を微小光源として扱い、その反射点の位置を特定するように構成してもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
各図は、本発明の一実施の形態を示している。
図２は、本実施の形態にかかる微小光源位置測定装置１０の側面図であり、図３は微小光源位置測定装置１０の正面図であり、図４は、微小光源位置測定装置１０の上面図である。各図に示すように微小光源位置測定装置１０は、ＸＹＺの各方向に移動可能なステージを有する測定台２０と、この測定台２０に取り付けられた光学部５０と、測定のための機械的制御や信号処理等を行う制御部８０とから構成される。
【００４４】
測定台２０は、床面に固定されるベース板２１と、ベース板２１から断面Ｔ字で鉛直に伸びる支柱部２２と、支柱部２２に載せて取り付けられたＸステージ２３と、Ｘステージ２３に載せて取り付けられたＹステージ２４と、Ｙステージ２４に載せて取り付けられたＺステージ２５と、Ｚステージ２５から水平に伸びるホルダーアーム２６とを有している。
【００４５】
Ｘステージ２３、Ｙステージ２４、Ｚステージ２５はそれぞれステッピングモータ２７ａ〜２７ｃで駆動されて移動する。図２の側面図における左右方向がＹ方向であり、鉛直方向がＺ方向になっている。またＺ方向と垂直な面内でＹ方向と直交する方向がＸ方向（図３参照）になっている。
【００４６】
光学部５０は、ホルダーアーム２６に鉛直に取り付けられた鏡筒５１と、鏡筒５１の下端に取り付けられた対物レンズ５２と、鏡筒５１の上端近傍に取り付けられたビームスプリッタ５３と、ビームスプリッタ５３の一方の出力側（第１光束の出力側）近傍に取り付けられた三角スリット部材６０と、ビームスプリッタ５３の他方の出力側（第２光束の出力側）近傍に取り付けられた格子スリット部材７０と、三角スリット部材６０の後方に配置された第１受光手段５４と、格子スリット部材７０の後方に配置された第２受光手段５５とから構成されている。第１受光手段５４および第２受光手段５５は、たとえば、フォトダイオードからなる。光学部５０は、対物レンズ５２以外の箇所から光が内部に進入しないように遮光されている。本実施の形態では、光学部５０全体が移動光学系を成している。また移動光学系の移動可能範囲内の所定点を原点に設定してあり、移動光学系の位置は、この原点からの相対位置で表すようになっている。
【００４７】
検査対象となる微小光源としての半導体レーザ２は、図示省略した遠方の軸を中心に回転する半径２〜３ｍほどの検査台３に固定されている。検査台３に固定された状態で半導体レーザ２は真上に向かってレーザ光を射出するようになっている。検査台３へ固定した状態の半導体レーザ２の発光点位置を微小光源位置測定装置１０で測定する際には、検査台３が回転することによって対物レンズ５２の真下に半導体レーザ２が到来して、静止するようになっている。
【００４８】
微小光源位置測定装置１０によって発光点の正確な位置を測定した後は、検査台３が再び回転して、ＳＭＳＲの測定箇所へと移動するようになっている。ＳＭＳＲの測定箇所の上方には、これまたステッピングモータによってＸＹＺ方向へ移動可能に光ファイバがその端面を下方に向けて取り付けてあり、微小光源位置測定装置１０で取得した位置データに基づいて光ファイバの位置を調整することで、半導体レーザ２からのレーザ光が光ファイバへ的確に入射するように位置合わせするようになっている。
【００４９】
制御部８０は、所定のプログラムを実行可能なコンピュータ装置を主要部として構成されている。制御部８０は、位置解析手段８１と取付角検証手段８２としての機能のほか、各ステージ２３〜２５の移動制御など、微小光源位置測定装置１０としての各種の機能を果たす。制御部８０には図示省略の信号線を通じて、各ステッピングモータ２７ａ〜２７ｃの制御回路、第１受光手段５４および第２受光手段５５と接続されている。
【００５０】
図５は、三角スリット部材６０の一例を示している。三角スリット部材６０には、幅が次第に広がるスリット６１が開設されている。三角スリット部材６０は厚みが０．１ミリほどの板上部材である。ここでは、二等辺三角形の形状を成したスリット６１を設けてある。二等辺三角形の底辺の方向（図中の矢印６２で示す方向）を、スリットの幅方向としている。
【００５１】
図６は、格子スリット部材７０の一例を示している。格子スリット部材７０には、スリット７１がその幅方向に多数併設されている。スリット７１は、細長い長方形を成している。図中の矢印７２は、スリット７１の幅方向であり、多数のスリット７１がその幅方向に併設されている。格子スリット部材７０は厚みが０．１ミリほどの板状部材である。ここではスリット７１の幅を０．２ミリに、スリット同士の間（光を通さない部分）を０．２ミリにしてある。したがって、スリットの併設ピッチは０．４ミリになっている。
【００５２】
図７は、光学部５０の上端部分を拡大示したものである。三角スリット部材６０は、ビームスプリッタ５３の第１光束出力側における対物レンズ５２の光軸に垂直に配置されている。またスリット６１の幅方向が図３に示したＸ方向と一致するように取り付けられる。格子スリット部材７０は、ビームスプリッタ５３の第２光束出力側における対物レンズ５２の光軸に対して垂直な状態からスリット７１の併設方向が所定の角度傾斜するようにして取り付けられている。この例では４５度傾けてある。
【００５３】
三角スリット部材６０の位置は、ビームスプリッタ５３の第１光束側において、半導体レーザ２の発光点の映像点もしくはその近傍に設定されている。映像点とは、対物レンズ５２によって半導体レーザ２の発光点の映像（実像）が生成される点であり、言い換えると、対物レンズによって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する箇所である。格子スリット部材７０も同様に、ビームスプリッタ５３の第２光束側における半導体レーザ２の映像点もしくはその近傍に配置される。
【００５４】
まず、半導体レーザ２のＸＹ方向位置の測定について説明する。
半導体レーザ２を光学部５０のほぼ真下に来るようにセットした状態で半導体レーザ２を発光させておく。この状態で制御部８０は、光学部５０が予め定めたＸ方向スキャン範囲を横断するようにＸステージ２３を移動させるとともに、そのときの光学部５０の位置座標と第１受光手段５４の出力値との関係を示す変化特性を記録する。Ｘ方向スキャン範囲は、ビームスプリッタ５３からの第１光束が三角スリット部材６０のスリット６１をＸ方向に横切るのに充分な範囲に設定してある。
【００５５】
図１は、対物レンズ５２によって集光された光束を三角スリット部材６０がＸ方向に横切る様子を模式的に示したものである。図８は、対物レンズ５２の側から三角スリット部材６０および第１受光手段５４を見た様子を示している。なお、スリットのみを移動させても、スリットと対物レンズの双方を移動させても、さらには、スリットと対物レンズと受光手段を一体として移動させるようにしても、光束はスリットを横切るように移動するので、これらは同様の結果を得ることができる。ただし、スリットと対物レンズもしくはこれらと受光手段とを一体に移動させる場合には、スリット幅÷光学倍率が、当該スリット幅の箇所を光束が横切る場合における半導体レーザ２の位置の検査可能範囲になる。
【００５６】
図９から図１２は、光束がスリット６１を横切るように光学部５０を移動させた場合における第１受光手段５４の出力値の変化特性を示している。図９は、スリット６１がほぼ映像点にあってほぼピントのあった状態で光束がスリット６１の比較的幅広の部分を横切った場合における出力値の変化特性１１１を示している。図１０は、スリット６１がほぼ映像点にあってピントのほぼあっている状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１２を示している。図１１は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１３を示している。図１２は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１４を示している。このように、三角スリット部材６０のスリット６１が映像点に近い位置にあるほど、変化特性の立ち上がりや立下がりは急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかな立ち上がり、立下がり特性になる。また光束がスリット幅の広い部分を通過すれば、それに応じて変化特性として現れる波の幅が広くなる。
【００５７】
位置解析手段８１は、取得した変化特性に基づき、以下のように解析する。図１３は、光束がスリットの左エッジから右エッジへと横切る場合の変化特性１３１を示している。図示するように、出力値を最大値をＨｍａｘとして求める。さらに、出力レベルがＨｍａｘの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸｒ１として、出力レベルがＨｍａｘの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸｒ９として、出力レベルがＨｍａｘの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸｆ９として、出力レベルがＨｍａｘの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸｆ１として求める。ここでは位置座標を小数点１桁まで求めてある。
【００５８】
次に、出力レベルがＨｍａｘの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘｒ１と、出力レベルがＨｍａｘの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘｒ９の中間の位置座標を、
Ｘｒ５＝（Ｘｒ１＋Ｘｒ９）÷２　…（１）式
の演算により、Ｘｒ５として求める。
【００５９】
同様に、出力レベルがＨｍａｘの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘｆ９と、出力レベルがＨｍａｘの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘｆ１の中間の位置座標を、
Ｘｆ５＝（Ｘｆ１＋Ｘｆ９）÷２　…（２）式
の演算により、Ｘｆ５として求める。
【００６０】
Ｘｒ５は、光束の中心がスリットに入ったときの位置座標（光束中心がスリットの左エッジ上に来たときの位置座標）を、Ｘｆ５は、光束の中心がスリットを出たときの位置座標（光束中心がスリットの右エッジ上に来たときの位置座標）を示すことになる。
【００６１】
さらに、光束中心がスリットに入った位置座標であるＸｒ５と光束中心がスリットから出た位置座標であるＸｆ５の中間位置を、
Ｐｘ＝（Ｘｒ５＋Ｘｆ５）÷２　…（３）式
の演算により、Ｐｘとして求める。
【００６２】
このＰｘは、原点に対する半導体レーザ２の有する発光点のＸ方向の位置座標を示している。（３）式では（Ｘｒ５＋Ｘｆ５）を２で割ることにより、光束がスリット６１を横切ったＹ方向の位置にかかわらず発光点のＸ方向の位置座標を求めることができる。これは、スリット６１の左右のエッジがＹ方向に対して同一の角度を成しているからである。
【００６３】
なお、スリットの幅がＹ方向に対して左右対称に広がっていない場合には、光束中心がスリットに入ったときの位置座標と光束中心がスリットから出たときの位置座標との間をスリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分することで、発光点のＸ方向の位置座標を得ることができる。たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心がスリットの左エッジを横切ったときの位置座標Ｘｒ５と、光束中心がスリットの右エッジを横切ったときの位置座標Ｘｆ５との間を、ｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置に基づいて微小光源のＸ方向位置を求めることができる。すなわち、
Ｐｘ＝Ｘｒ５＋（Ｘｆ５−Ｘｒ５）×ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）　…（４）式
によって求めることができる。
【００６４】
光束中心のＹ方向位置Ｐｙは、
Ｐｙ＝（Ｘｆ５−Ｘｒ５）÷２＋Ｙｃ　…（５）式
の演算によって求める。ここでＹｃは、スリットの左右のエッジの交点の位置座標である。（５）式は、スリットの左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して４５度の角度を成している場合に成立する。
【００６５】
左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して角θで左右対称に広がっている場合の一般式は、
Ｐｙ＝（Ｘｆ５−Ｘｒ５）÷２÷ｔａｎθ＋Ｙｃ　…（６）式
になる。さらに、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、
Ｐｙ＝（Ｘｆ５−Ｘｒ５）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）＋Ｙｃ　…（７）式
によって求めることができる。
【００６６】
このほか、左右のエッジが直線的に広がっていない場合であっても、Ｙ方向の位置とそのＹ方向位置座標における左右のエッジ間の距離とが１対１に対応するような形状をスリットが成している場合には、それらの左右のエッジ間の距離からＹ方向の位置座標を特定することができるので、発光点のＹ方向の位置座標を特定することができる。たとえば、スリットのエッジがある関数に従う曲線形状を成している場合には、その関数に基づく演算によって、光束中心がスリットを横切った際の距離に基づいて発光点のＹ方向位置座標を特定することができる。さらに特定の関数で表せない場合でも、スリットのエッジ間距離とＹ方向の位置座標との関係を予め測定してこれを参照テーブル等に記憶しておけば、光束中心がスリットを横切った際の距離に対応するＹ方向の位置座標をこの参照テーブルから読み出すことで、発光点のＹ方向位置座標を特定することが可能になる。
【００６７】
なお、Ｙ方向の位置座標が特定されれば、Ｘ方向の位置座標を以下のように求めてもよい。特定されたＹ方向の位置座標とスリットエッジの広がり具合や広がり角度とから、当該Ｙ方向の位置座標におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量を求める。そして、光束中心がスリットに入ったとき、もしくはスリットから出たときにおける光学部５０のＸ方向の位置座標を先のＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における発光点の位置座標が特定される。
【００６８】
たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心が通過したＹ方向の位置座標を左右のエッジの交点に対する相対位置Ｙ１で表すと、
Ｙ１＝（Ｘｆ５−Ｘｒ５）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）　…（８）式
として求まり、左右のエッジの交点に対する左エッジの相対的なオフセット量Ｘ１は、
Ｘ１＝Ｙ１×ｔａｎθ２　…（９）式
となる。そこで発光点は、左エッジよりＸ１だけ右にシフトした位置にあるはずなので、発光点のＸ方向の位置座標Ｐｘを、
Ｐｘ＝Ｘｒ５＋Ｘ１　…（１０）式
として求めることができる。なお光束中心が右エッジを通過したＸｆ５を基準とする場合には、Ｘ方向オフセット量は、
Ｘ２＝Ｙ１×ｔａｎθ１　…（１１）式
となりＰｘは、
Ｐｘ＝Ｘｆ５−Ｘ２　…（１２）式
として求めることができる。
【００６９】
次に、三角スリット部材６０の取り付け角度の検証について説明する。
ここでは、スリットはその幅が一定の割合で広がるものにする。取付角検証手段８２は、光束中心がスリット６１をＸ方向に横切るように移動させた際における第１受光手段５４の出力値の変化特性を、三角スリット部材６０をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そして、これらの変化特性の相違とスリット部材６０のＹ方向への移動距離ｄＹとスリット６１の幅が広がる割合（エッジのＹ方向に対する角度）との関係から、スリット６１の幅方向の向きとＸ方向との一致、不一致、あるいは誤差の大きさを求めるようになっている。
【００７０】
たとえば、Ｙ方向へ移動させる前に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸｒ５＿０、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸｒ５＿１とすると、左エッジのＹ方向に対する角度θｒは、
θｒ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘｒ５＿０−Ｘｒ５＿１）／ｄＹ）　…（１３）式
として求まる。
【００７１】
またＹ方向へ移動させる前に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸｆ５＿０、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸｆ５＿１とすると、これより、右エッジのＹ方向に対する角度θｆは、
θｆ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘｆ５＿１−Ｘｆ５＿０）／ｄＹ）　…（１４）式
として求まる。
【００７２】
そして、θｒとθ２、あるいはθｆとθ１とを比較し、一致、不一致およびこれらの大小に基づいて、角度の検証およびいずれの方向に三角スリット部材６０を回せば、Ｙ方向に対するエッジの角度が本来の角度になるかを検証する。なお検証結果に基づいて、光学部５０の角度を自動で回転させてもよい。
【００７３】
次に、Ｚ方向の位置座標の測定について説明する。
Ｚ方向における半導体レーザ２の位置座標の測定を行う場合には、半導体レーザ２を発光させた状態で、Ｙステージ２４により光学部５０をＹ方向に移動させる。すると、ビームスプリッタ５３からの第２光束は、格子スリット部材７０をスリット７１が併設された方向に横切るように移動する。実際には、レーザ光はビームスプリッタ５３によって９０度屈折しているので、図７のＺ方向に第２光束が移動することになる。
【００７４】
図１４は、格子スリット部材７０のスリット７１を横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段５５の出力値の変化特性１５１を示している。格子スリット部材７０は、図７および図１４に示すようにスリット７１の併設方向が４５度傾斜するように配置されているので、併設されたスリットの中の一端のスリット７１ａは、対物レンズ５２に最も近い位置となり、他端のスリット７１ｃに近いスリットほど、対物レンズ５２から遠ざかるようになっている。そして、スリット７１ａとスリット７１ｃの間に映像点が含まれるように格子スリット部材７０は配置されている。
【００７５】
先にも説明したように、スリットが映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際における受光手段の出力値の立ち上がり、立下がり特性が急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかになる。したがって、図１４の矢印１４０が示す方向に光束が移動して、多数併設されたスリット７１を横切ると、その際に観測される各スリット毎の波は、映像点に近いスリットに対応するものほど急峻に変化し、映像点から遠いスリットに対応するものほど緩やかに変化することになる。
【００７６】
位置解析手段８１は、得られた変化特性を微分してさらにその絶対値を取る。これにより、光束が横切ったスリットの数の２倍の数のピークが得られる。ピークの高さは、もとの波の変化率（急峻度）の大小を示している。位置解析手段８１は、微分して絶対値を取った波形をさらに数学的に処理することで、映像点に相当する位置座標を見出す。すなわち、対物レンズ５２から映像点までの距離を見出す。具体的には（図１４参照のこと）、格子スリット部材７０の傾斜角をθｚとすると、基準点から映像点に至るまでの矢印１４０方向への光束の移動距離Ｌ１をｔａｎθｚで除することで、Ｚ方向の基準点からのオフセット量Ｌ２が求まる。そして対物レンズから基準点までの距離と先のオフセット量Ｌ２とを加算することで、対物レンズ５２から映像点までの距離を求める。これを光学倍率に基づいて換算することで、対物レンズ５２から半導体レーザ２の発光点までの距離が求まり、その結果、発光点のＺ方向の位置座標が特定される。
【００７７】
数学的処理としては、微分して絶対値を取った波形のピークを繋ぐ包絡線を近似し、その包絡線のピークを、映像点が存在するであろう座標として特定する等である。このようにスリット７１をその幅方向に多数併設した格子スリット部材７０を、これらのスリットが映像点の前後に分散されるように斜めに配置したので、光束がこれら併設されたスリットを横切って移動するように光学部５０を一定方向に一度移動させるだけで発光点のＺ方向の位置座標を求めることが可能になっている。
【００７８】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、Ｚ方向の位置座標のさらに他の求め方について説明する。
先に説明したように、映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際の受光手段の出力値の変化特性が急峻になる。そこで、光束が三角スリット部材６０をＸ方向に横切って移動する際における波形の立ち上がりや立下がりの急峻度を、三角スリット部材６０をＺ方向に何箇所かに移動させて測定する。より詳細には、少なくとも映像点の前後それぞれで２箇所ずつの測定を行う。急峻度は、たとえば、図１５に示すように、第１受光手段５４の変化特性１５１のピークに対して出力値が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、９０％に至る位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系の移動量Ｘｒを求め、これを急峻度として用いる。この場合、移動量が少ないほど急峻度が高いことになる。立下がり側についても同様にＸｆとして求められる。
【００８０】
ピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定した急峻度（移動量）に基づき、急峻度が増加するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６１と、急峻度が低下するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６２とを図１６に示すように求め、これらの交点を、急峻度が最も高くなる点、すなわち、映像点のＺ方向の位置座標として求める。
【００８１】
より具体的には、映像点を挟む両側のそれぞれで少なくとも２点の測定が確実に行われるように、たとえば９点ほどの測定点を設ける。一般的な半導体レーザ（ＣＡＮタイプ）の場合、Ｚ軸の誤差は±２０μｍ程度である。そこで、たとえば、−６０μｍ〜＋６０μｍの範囲でＺステージ２５を１５μｍ間隔で移動させて、９箇所で測定を行う。そして、急峻度が最大のものを１つ選び（立ち上がり期間の移動量を用いる場合には最小のもの）、測定値をその手前と後ろに分け、それぞれ最小二乗法によって直線で近似し、これらの交点を求めて、Ｚ方向の位置座標を特定する。
【００８２】
以上、本発明の実施形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれら実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００８３】
たとえば、実施の形態ではＸステージ２３を移動させることによって半導体レーザ２の発光点のＸ方向とＹ方向の位置座標を測定し、Ｙステージ２４を移動させることによって格子スリット部材７０を用いたＺ方向の位置座標の測定を行ったが、たとえば、三角スリット部材６０を取り付ける向きを９０度変えて、スリットの幅方向がＹ方向になるように設定すれば、Ｙステージ２４を移動させるだけで、三角スリット部材６０を用いたＸＹ方向の測定と格子スリット部材７０を用いたＺ方向の測定を一度に行うことが可能になる。
【００８４】
また実施の形態では、半導体レーザを測定対象の微小光源としたが、これに相当するような微小な光源であれば、半導体レーザに限定されるものではない。さらに実施の形態では、顕微鏡光学系を用いたが、遠方の微小光源の位置を測定する場合には、望遠鏡光学系を使用すればよい。すなわち、移動光学系をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリットをその幅方向に横切って移動するように望遠鏡光学系のレンズ部を回転させるとともに、移動光学系のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部の角度および回転角を用いる。これにより、遠方における広い範囲を測定範囲としてカバーすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明にかかる微小光源位置測定装置によれば、検査台に取り付けられた半導体レーザなど固定された微小光源の正確な位置データを容易に取得することができるので、ＳＭＳＲなど検査準備を迅速に進めることができる。
【００８６】
特に、微小光源からの光を対物レンズで集光した光束が、幅の次第に広がるスリットをその幅方向に横切って移動するようにスリット等を移動させ、そのときスリットを通過した光の強度の変化特性に基づいて、光軸に垂直なＸＹ平面内での微小光源の位置を特定するので、位置データの取得を容易かつ迅速に行うことができる。
【００８７】
また、光束の径が最も細くなり、微小光源の映像が生成される映像点もしくはその近傍にスリット部材を配置することにより、スリットの幅を狭くして移動光学系の移動量を少なくすることができるので、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリットに出入りする際の受光手段の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、映像点もしくはその近傍にスリットを配置することにより光束の中心がスリットに出入りする位置を的確に把握でき、測定精度を高めることができる。
【００８８】
移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の変化特性を、スリット部材をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、これらの変化特性の相違とスリット部材のＹ方向への移動距離とスリットの幅が広がる割合との関係から、スリットの幅方向の向きとＸ方向との差を求めるものでは、スリットの向きを的確かつ容易に検証することができ、測定精度を高めることができる。
【００８９】
また移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の立ち上がりまたは立ち下がりの急峻度の測定を、移動光学系をＺ方向にずらして数箇所について行い、この測定に基づいて急峻度が最大になる移動光学系のＺ方向位置を導出して、Ｚ方向における微小光源の位置を特定するものでは、ＸＹ方向を特定するために用いるスリットや光学系を利用してＺ方向についての位置も特定することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００９０】
またスリットの幅方向に多数のスリットが併設された格子スリット部材を、各スリットから対物レンズまでの距離が映像点を挟んで次第に変化するように斜めに倒して配置し、対物レンズで集光された光束をこれらのスリットを横切るように移動させ、このときの受光手段の出力値の変化特性を解析することでＺ方向における微小光源の位置を特定するものでは、移動光学系の移動を１回行うだけで微小光源のＺ方向の位置を特定することができ、迅速な位置測定が可能になる。
【００９１】
対物レンズによって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタで分岐し、第１光束を幅が次第に広がるスリットを通過させることで微小光源のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材に通すことで、微小光源のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができるので、微小光源を固定したままで、ＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらに対物レンズや鏡筒、移動手段としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる微小光源位置測定装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す上面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる三角スリットを示す正面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる格子スリットを示す正面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置の有する光学部のスリット近傍部分を拡大して示す説明図である。
【図８】図１に示した三角スリットおよび第１受光手段を対物レンズ側から見た様子を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において光束がスリットを横切ったときの出力値の変化特性から光束中心がスリットのエッジを通る位置等を求める際に用いる基準位置等を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において格子スリットを横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段の出力値の変化特性の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において三角スリットを用いてＺ方向の位置を測定する際に用いる急峻度を求めるための基準範囲を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において測定した急峻度に基づいて、最も急峻度が大きくなる位置を割り出すための近似グラフの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２…半導体レーザ
３…検査台
１０…微小光源位置測定装置
２０…測定台
２１…ベース板
２２…支柱部
２３…Ｘステージ
２４…Ｙステージ
２５…Ｚステージ
２６…ホルダーアーム
２７ａ〜２７ｃ…ステッピングモータ
５０…光学部
５１…鏡筒
５２…対物レンズ
５３…ビームスプリッタ
５４…第１受光手段
５５…第２受光手段
６０…三角スリット部材
６１…三角形のスリット
７０…格子スリット部材
７１…スリット
８０…制御部
８１…位置解析手段
８２…取付角検証手段
１１１〜１１４、１３１、１５１…変化特性
１４０…光束の移動方向を示す矢印
１６２…回帰近似したグラフ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute light source position measuring device for measuring a position of a minute light source, and more particularly to a minute light source position measuring device for measuring an accurate mounting position of a semiconductor laser mounted on an inspection table.
[0002]
[Prior art]
One of the inspection items of a semiconductor laser used for a transmission device of optical communication by wavelength multiplexing is a side mode suppression ratio (SMSR: Side-Mode Suppression Ratio). In the measurement of the SMSR, a spectrum analyzer is used. At this time, it is necessary to make the output light of the semiconductor laser incident on one end of the optical fiber connected to the spectrum analyzer at a high level. That is, in the SMSR measurement, since the output difference between the peak wavelength and the side mode wavelength is about 35 dB, the position of the semiconductor laser and the optical fiber must be adjusted so that the side mode component is not buried in the noise. It is necessary to accurately perform the alignment so that the output light of the semiconductor laser is accurately incident on the optical fiber.
[0003]
Conventionally, for example, the relative position between the semiconductor laser and the end face of the optical fiber is moved little by little in each of the XYZ directions while observing a spectrum analyzer to find the position where the input is maximum, thereby performing the alignment.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-139311
[Patent Document 2]
JP-A-7-190773
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The alignment method as described above has a problem that it takes a long time to prepare for the measurement of the SMSR, and the inspection efficiency cannot be sufficiently increased. On the other hand, since the semiconductor laser is already fixed on the inspection table, if its position can be accurately measured, the positioning of the semiconductor laser should be automated by moving the optical fiber in accordance with the position of the fixed semiconductor laser. Becomes possible.
[0006]
The present invention has been made by paying attention to such a point, and is intended to obtain accurate position data of a minute light source such as a semiconductor laser mounted on an inspection table, and to quickly obtain position data in each of XYZ directions. It is an object of the present invention to provide a minute light source position measuring device that can be acquired at a time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention to achieve this object lies in the inventions in the following items.
[1] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A slit member (60) having a slit (61) whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to an optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. (61) disposed between the lens portion (52) and the light receiving means (54) with the width direction of the direction coincident with the X direction;
Either the slit member (60) or the lens unit (52) or the lens unit (52) such that the light beam condensed via the lens unit (52) moves across the slit (61) in the width direction. Moving means (23) for moving the moving optical system (50) composed of both in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing a position of the minute light source (2) based on a relationship between a position of the moving optical system (50) and an output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) determines that the center of the light beam is a slit (61) based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). ), The position of the moving optical system (50) in the X direction and the position of the light beam when the center of the light beam exits the slit (61) are determined. The position of the minute light source (2) in the Y direction is specified from the relationship between the distance of the light source and the extent of the width of the slit (61).
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0008]
[2] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A slit member (60) having a slit (61) whose width gradually widens symmetrically, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to the optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. A slit disposed between the lens unit (52) and the light receiving unit (54) with the width direction of the slit (61) coinciding with the X direction;
Either the slit member (60) or the lens unit (52) or the lens unit (52) such that the light beam condensed via the lens unit (52) moves across the slit (61) in the width direction. Moving means (23) for moving the moving optical system (50) composed of both in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing a position of the minute light source (2) based on a relationship between a position of the moving optical system (50) and an output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) determines that the center of the light beam is a slit (61) based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). ), The position of the moving optical system (50) in the X direction and the position of the light beam when the center of the light beam exits the slit (61) are determined. The position of the minute light source (2) in the Y direction is specified from the relationship between the distance of the light source and the extent of the width of the slit (61), and the moving optical system when the center of the light beam enters the slit (61). The X-direction position of the minute light source (2) based on the center position between the X-direction position of (50) and the X-direction position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61). Identify
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0009]
[3] In the minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A slit member (60) having a slit (61) whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to an optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. (61) disposed between the lens portion (52) and the light receiving means (54) with the width direction of the direction coincident with the X direction;
Either the slit member (60) or the lens unit (52) or the lens unit (52) such that the light beam condensed via the lens unit (52) moves across the slit (61) in the width direction. Moving means (23) for moving the moving optical system (50) composed of both in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing a position of the minute light source (2) based on a relationship between a position of the moving optical system (50) and an output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) determines that the center of the light beam is a slit (61) based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). ), The position of the moving optical system (50) in the X direction and the position of the light beam when the center of the light beam exits the slit (61) are determined. The position of the minute light source (2) in the Y direction is specified from the relationship between the distance of the light source and the extent of the width of the slit (61), and the moving optical system when the center of the light beam enters the slit (61). Between the X-direction position of (50) and the X-direction position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61), the slit (61) spreads to the left and right. Divided according to the ratio of the spread Specifying the X-direction position of the micro light source (2) based on the location
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0010]
[4] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A slit member (60) having a slit (61) whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to an optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. (61) disposed between the lens portion (52) and the light receiving means (54) with the width direction of the direction coincident with the X direction;
Either the slit member (60) or the lens unit (52) or the lens unit (52) such that the light beam condensed via the lens unit (52) moves across the slit (61) in the width direction. Moving means (23) for moving the moving optical system (50) composed of both in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing a position of the minute light source (2) based on a relationship between a position of the moving optical system (50) and an output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) determines that the center of the light beam is a slit (61) based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). ), The position of the moving optical system (50) in the X direction and the position of the light beam when the center of the light beam exits the slit (61) are determined. The position of the minute light source (2) in the Y direction is specified from the relationship between the distance of the light source and the extent of the width of the slit (61), and the center of the light beam enters the slit (61) or the slit (61). The position of the moving optical system (50) in the X direction at the time of exit from the position is determined by the X direction of the slit edge at the Y direction position obtained from the Y direction position of the light beam center at that time and the extent of the slit (61). By correcting countercurrently offset specifies the X-direction position of the micro light source (2)
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0011]
[5] The slit member (60) is arranged so that the slit (61) is located at or near an image point where an image of the minute light source (2) is generated by the lens unit (52).
The minute light source position measuring device according to [1], [2], [3] or [4], characterized in that:
[0012]
[6] An attachment angle verifying means (82) for verifying a match between the width direction of the slit (61) and the X direction is further provided.
The mounting angle verification unit (82) is configured to determine a change characteristic of an output value of the light receiving unit (54) when the moving unit (23) moves the moving optical system (50) in the X direction, by using the slit member. (60) is measured at two positions shifted in the Y direction, and the relationship between the difference in the change characteristics and the moving distance of the slit member (60) in the Y direction and the rate at which the width of the slit (61) is increased. The difference between the width direction of the slit (61) and the X direction.
The minute light source position measuring device according to [1], [2], [3] or [4], characterized in that:
[0013]
[7] The position analysis means (81) determines the rise and fall of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50) in the X direction. The moving optical system (50) is shifted in the Z direction, which is the optical axis direction, to determine the steepness of one or both of them, and the slit (61) generates an image of the minute light source (2). At least two points are performed in each of a state in front of and a state in the back of the image point, and a Z-direction position of the moving optical system (50) at which the steepness is maximized is calculated from the measurement results. Then, the position in the Z direction of the minute light source (2) is specified based on this.
The minute light source position measuring device according to [1], [2], [3] or [4], characterized in that:
[0014]
[8] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A slit member (60) having a slit (61), wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to the optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. One arranged in the vicinity of an image point at which an image of the minute light source (2) is generated, with the width direction oriented in a direction coinciding with the X direction;
Either the slit member (60) or the lens unit (52) or the lens unit (52) such that the light beam condensed via the lens unit (52) moves across the slit (61) in the width direction. Moving means (23) for moving the moving optical system (50) composed of both in the X direction;
Position analysis means (A) for analyzing the position of the minute light source (2) in the Z direction which is the optical axis direction based on the relationship between the position of the moving optical system (50) and the output value of the light receiving means (54). 81),
The position analysis means (81) is configured to output one of a rising edge and a falling edge of an output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50) in the X direction. Alternatively, to determine the steepness of both, the moving optical system (50) is shifted in the Z direction which is the optical axis direction, and the slit (61) is a point where an image of the minute light source (2) is generated. At least two positions are performed in each of a state in front of the image point and a state in the back side, and a Z-direction position of the moving optical system (50) at which the steepness is maximized is calculated from the measurement results. The position of the minute light source (2) in the Z direction based on the
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0015]
[9] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A grating slit member (70) in which a number of slits (71) are juxtaposed in the width direction thereof, wherein the optical axis of the lens portion (52) is the Z direction and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis. When the X direction and the Y direction are perpendicular to the optical axis of the lens portion (52) and the direction in which the slits (61) are arranged coincides with the X direction, the direction in which the slits (71) are arranged An optical axis disposed near an image point where an image of the minute light source (2) is generated in a state where the optical axis is obliquely inclined so as to deviate from 90 degrees;
The grating slit member (70) and the lens so that a light beam condensed via the lens portion (52) moves across the multiple slits (71) in the direction in which they are arranged before and after the image point. Moving means (24) for moving a moving optical system (50) comprising one or both of the sections (52) in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing the position of the minute light source (2) based on the relationship between the position of the moving optical system (50) and the output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) differentiates a change characteristic of an output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50) to obtain an absolute value, At this time, the position in the X direction of the moving optical system (50) where the maximum value appears will be determined, and based on this, the position in the Z direction of the minute light source (2) will be specified.
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0016]
[10] In a minute light source position measuring device for measuring the position of the minute light source (2),
A lens unit (52) for condensing light from the minute light source (2);
Light receiving means (54) for receiving the light beam condensed by the lens portion (52) and outputting a signal corresponding to the intensity thereof;
A grating slit member (70) in which a number of slits (71) are juxtaposed in the width direction thereof, wherein the optical axis of the lens portion (52) is the Z direction and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis. When the X direction and the Y direction are perpendicular to the optical axis of the lens portion (52) and the direction in which the slits (61) are arranged coincides with the X direction, the direction in which the slits (71) are arranged An optical axis disposed near an image point where an image of the minute light source (2) is generated in a state where the optical axis is obliquely inclined so as to deviate from 90 degrees;
The grating slit member (70) and the lens so that a light beam condensed via the lens portion (52) moves across the multiple slits (71) in the direction in which they are arranged before and after the image point. Moving means (24) for moving a moving optical system (50) comprising one or both of the sections (52) in the X direction;
Position analyzing means (81) for analyzing the position of the minute light source (2) based on the relationship between the position of the moving optical system (50) and the output value of the light receiving means (54);
The position analyzing means (81) detects a maximum from a number of peaks appearing in a change characteristic of an output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). The position in the X direction of the moving optical system (50) at which the peak value appears will be determined, and the position in the Z direction of the minute light source (2) will be specified based on this.
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0017]
[11] The minute light source position measuring device according to [1], [2], [3] or [4] and the minute light source position measuring device according to [9] or [10] are connected to at least a lens unit (52). And a beam splitter (53) for splitting the light beam condensed by the lens unit (52) into a first light beam and a second light beam,
The first light flux output from the beam splitter (53) is used in the minute light source position measuring device according to [1], [2], [3] or [4],
The second light flux output from the beam splitter (53) is configured to be used in the minute light source position measuring device according to [9] or [10].
A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned.
[0018]
[12] Instead of moving the moving optical system (50) in the X direction, the lens unit (52) is rotated so that the light beam moves across the slit (61) in the width direction thereof, [1], [2], [3], [4], wherein the angle and the rotation angle of the lens unit (52) are used instead of the position and the movement distance of the moving optical system (50) in the X direction. ], [5], [6], [7], [8], [9], [10] or [11].
[0019]
The present invention operates as follows.
Light from a small light source (2) such as a semiconductor laser fixed to an inspection table is collected through a lens unit (52). The light receiving unit (54) receives the light beam condensed by the lens unit (52). A slit member (60) having a slit (61) whose width gradually increases is disposed between the lens part (52) and the light receiving means (54). The slit member (60) has a direction in which the width direction of the slit (61) coincides with the X direction when two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the lens portion (52) are defined as an X direction and a Y direction. And is disposed between the lens part (52) and the light receiving means (54). Preferably, the slit (61) is arranged at or near an image point formed by the lens section (52). The image point is where the image (real image) of the minute light source (2) is generated by the lens unit (52). In other words, there is a portion (beam waist) where the diameter of the light beam condensed by the lens portion (52) is the smallest.
[0020]
The shape of the slit (61) may be, for example, an isosceles triangle having the bottom side in the width direction of the slit, or a right-angled triangle having one side in the X direction and the other side in the Y direction. The left and right edges of the slit need not necessarily spread evenly in the left and right directions in the Y direction. Further, the edge of the slit does not necessarily have to be a straight line, but may be a curved line as long as the width gradually increases.
[0021]
The moving means (23) moves a moving optical system (50) including one or both of the slit member (60) and the lens portion (52) in the X direction. Since the slit (61) is set so that its width direction coincides with the X direction, this movement causes the light beam condensed via the lens portion (52) to cross the slit (61) in the width direction. Move. The moving optical system (50) may include only the slit member (60) or may include only the lens unit (52). Further, both the slit member (60) and the lens portion (52) may be integrally moved.
[0022]
The position analyzing means (81) determines that the center of the light beam enters the slit (61) based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50). The position of the moving optical system (50) at the time and the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61) are obtained, and the distance therebetween and the width of the slit (61) are increased. The position of the minute light source (2) in the Y direction is specified from the relationship with the condition. That is, by grasping the moving distance from the time when the center of the light beam enters the slit (61) to the time when it exits, it is recognized which width of the slit (61) the center of the light beam has traversed. Since the slit (61) is formed so that the width gradually widens, it is possible to determine which position in the Y direction is orthogonal to the width direction of the slit (61). The position of the minute light source (2) in the Y direction can be specified based on this.
[0023]
Here, the width of the slit (61) in the portion where the light beam moves across is made larger than the diameter of the light beam. That is, it is necessary to ensure that the entire light beam can enter the slit when crossing. In this way, the light beam does not enter the slit (61) at all and the position where the output characteristic of the light receiving means (54) reaches a peak (the position where the entire light beam enters the slit (61)). The position can be specified as the position where the center of the light beam enters the slit (61). For example, when the output of the light receiving means (54) rises, the peak value when the light beam passes through the slit (61) becomes N% of the peak (for example, 10%, which is sufficiently lower than 50%). And a position at which M% (for example, 90%, which is sufficiently higher than 50%) is determined, and the center position of these positions is determined as the position when the center of the light beam enters the slit (61).
[0024]
In order for the width of the slit (61) to be larger than the diameter of the light beam passing through the slit (61), a portion (beam waist) where the diameter of the light beam becomes the smallest, in other words, the minute light source (2) is formed by the lens portion (52). It is desirable to dispose the slit member (60) at or near the image point where the image is generated. The smaller the diameter of the light beam crossing the slit (61), the smaller the width of the slit (61). As a result, the moving range of the moving optical system (50) is reduced, and the inspection can be performed more quickly. Further, the output value of the light receiving means (54) when the light beam enters and exits the slit (61) changes sharply as the diameter of the light beam decreases, so that the position where the center of the light beam enters and exits the slit (61) can be accurately determined. It can be grasped and measurement accuracy can be improved.
[0025]
Further, the width of the slit (61) is symmetrically widened, and the position analyzing means (81) determines the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam enters the slit (61) and the light beam. Of the moving optical system (50) when the center of the light exits the slit (61) is determined, and this is specified as the position of the minute light source (2) in the X direction. As described above, since the slit (61) is symmetrically spread, the minute light source (2) can be obtained regardless of the position in the Y direction where the light beam crosses the slit (61) by determining the center position of the entrance and exit. Can be specified in the X direction.
[0026]
Even when the width of the slit (61) is not symmetrically widened, if it is known how one edge and the other edge of the slit (61) are widened, the center of the luminous flux is set to the slit. The extent to which the slit spreads to the left between the position of the moving optical system (50) when entering the (61) and the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61). The position of the minute light source (2) in the X direction can be obtained based on the points internally divided according to the ratio of the degree of spread to the right. For example, when the right edge extends at an angle of θ1 with respect to the Y direction and the left edge extends at an angle of θ2 with respect to the Y direction, the center of the light beam crosses the right edge of the slit (61). The position of the moving optical system (50) at the time and the position of the moving optical system (50) at the time when the center of the light beam crosses the left edge is obtained by dividing the position by the ratio of tan θ1: tan θ2, thereby obtaining a minute value. The position of the light source (2) in the X direction can be specified.
[0027]
Furthermore, since the position of the center of the light beam in the Y direction at the position where the light beam crosses the slit (61) can be specified, the position of the slit edge at the Y direction position with respect to the reference point of the Y direction position is determined based on the Y direction position and the extent of the slit (61). The amount of offset in the X direction is obtained, and the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam enters the slit (61) or exits from the slit (61) is corrected by the amount of offset in the X direction, so that the position in the X direction is corrected. The position of the minute light source (2) may be specified. For example, using a triangular slit (61), the Y direction position of the center of the light beam when crossing the slit (61) is represented by a relative position to the intersection of the left and right slit edges, and Y1 is the center of the light beam from the right edge. If the position of the moving optical system (50) in the X direction when entering the slit (61) is X1, and the inclination of the right edge with respect to the Y direction is θ1, the offset amount in the X direction is Y1 × tan θ1, and the moving optical system (50) If X1 is corrected by subtracting Y1 × tan θ1 from X1, which is the X-direction position of (1), the X-direction position of the minute light source (2) can be specified based on this.
[0028]
Whether or not the slit member (60) is arranged so that the width direction of the slit (61) coincides with the X direction is verified as follows. For example, a slit (61) whose width is widened at a constant rate is used. In this example, an isosceles triangular slit (61) is used. The mounting angle verifying means (82) compares the change characteristics of the output value of the light receiving means (54) when the moving optical system (50) is moved in the X direction with two slit members (60) shifted in the Y direction. Measure at position. Then, based on the difference between these change characteristics and the relationship between the moving distance of the slit member (60) in the Y direction and the rate at which the width of the slit (61) increases, the width direction of the slit (61) and the X direction are different. Find match, mismatch or error.
[0029]
As a difference between the above-mentioned change characteristics, for example, a slit width at a position where a light beam crosses is obtained from a change characteristic of an output value, and a difference between slit widths at two positions where the slit member (60) is shifted in the Y direction is obtained. That is, based on the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50) in the X direction, the moving optics when the center of the light beam enters the slit (61). From the position of the system (50) and the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61), the time from when the center of the light beam enters the slit (61) until it exits the slit (61). The distance is determined at two positions where the slit member (60) is shifted in the Y direction, the difference between these distances, the moving distance of the slit member (60) in the Y direction, and the width of the slit (61). An error between the width direction of the slit (61) and the X direction is determined from the relationship with the rate at which the width of the slit expands. Further, the difference in the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam enters the slit (61) is determined as a difference, or the position of the moving optical system (50) when exiting the slit (61) is determined. The difference may be determined as a difference.
[0030]
From the relationship between the distance determined as the difference between these change characteristics, the moving distance of the slit member (60) in the Y direction, and the rate at which the width of the slit (61) increases, the width direction of the slit (61) and the X direction are different. For example, when the slit (61) spreads at an angle θ, a trigonometric function is used based on the distance obtained as the difference in the change characteristics and the moving distance of the slit (61) in the Y direction. There is a method in which the angle of the slit edge with respect to the Y direction is obtained by using the method, and the angle of attachment of the slit (61) is verified based on whether or not the angle matches the original angle θ or the magnitude of the angle θ.
[0031]
The position of the minute light source (2) in the optical axis direction (Z direction) of the lens section (52) is obtained as follows. The position analyzing means (81) is configured to output one of rising or falling in the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) when the moving means (23) moves the moving optical system (50) in the X direction. The determination of the steepness of both is performed at several places by shifting the moving optical system (50) in the Z direction. More specifically, the slit (61) performs the above-described measurement at least at two positions in each of a state in front of and a state in the back of an image point where an image of the minute light source (2) is generated. The position of the moving optical system (50) in the Z direction at which the steepness obtained by the measurement is maximized is calculated, and the position of the minute light source (2) in the Z direction is specified based on the calculated position.
[0032]
As the steepness, the moving amount of the moving optical system (50) during the rising period, the moving amount of the moving optical system (50) during the falling period, the sum of these moving amounts, or the center of the light beam is in the slit (61). The difference between the position of the moving optical system (50) when entering and the position of the moving optical system (50) when the center of the light beam exits the slit (61) is used. The smaller these distances, the greater the steepness.
[0033]
For example, a position at which the output reaches 10% of the peak value of the output of the light receiving means (54) is defined as a rising start position, and a position at which the output reaches 90% is defined as a rising end position. The movement amount of (50) can be obtained. The same applies to the falling side. How to define the rising period and the falling period is not limited to the above-described one using 10% and 90%, but may be, for example, 20 to 80%.
[0034]
At the image point, the focus becomes sharper, so that the diameter of the light beam becomes smaller. Therefore, whether the focus is good or bad can be recognized based on whether or not the output of the light receiving means (54) changes sharply when the light beam enters and exits the slit (61). If at least two points are measured before and after the in-focus image point, respectively, the Z-direction of the image point is defined as the intersection of the graph in which the rising characteristic is regressively approximated by the least square method or the like and the graph in which the falling characteristic is also regressively approximated. You can find the position. Then, the actual position of the minute light source (2) in the Z direction can be specified from this position and the focal length and magnification of the lens unit (52).
[0035]
Further, the position of the minute light source (2) in the Z direction may be obtained as follows. Here, a lattice slit member (70) provided with a number of slits (71) in the width direction of the slit (61) is used. When the optical axis of the lens portion (52) is set to the Z direction and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis are set to the X direction and the Y direction, the lattice slit member (70) For example, 45 degrees so that the angle formed by the direction in which the slits (61) are arranged and the optical axis deviates from 90 degrees with respect to the state perpendicular to the optical axis and the direction in which the slits (61) are arranged in the X direction. When placed obliquely, it is arranged near an image point where an image of the minute light source (2) is generated. That is, a number of slits (71) are arranged so that the distance from each of the adjacent slits (61) to the lens portion (52) gradually changes over the image point.
[0036]
The moving means (23) includes a grating slit member (70) such that the light beam condensed via the lens portion (52) moves across a number of slits (71) in the direction in which they are arranged before and after the image point. ) And the lens unit (52) or the moving optical system (50) composed of both of them is moved in the X direction. Thereby, for example, the light beam moves from a state of passing through the slit (61) close to the lens section (52) to a state of passing through the slit (61) far from the lens section (52).
[0037]
When the moving optical system (50) is moved in this way, the output value of the light receiving means (54) has a changing characteristic having a wave according to the number of slits (61). Here, when the light beam passes through the slit (61) near the image point, the change characteristic (wave) when the light beam enters and exits the slit (61) changes sharply because the diameter of the light beam is small. . On the other hand, as the position of the slit (61) moves away from the image point, the focus becomes out of focus and the diameter of the light beam increases, so that the change characteristic when entering and exiting the slit (61) becomes gentle.
[0038]
Then, the position analyzing means (81) differentiates the change characteristic of the output value of the light receiving means (54) and takes its absolute value, and the position of the moving optical system (50) where the maximum value of the absolute value appears. Is determined by regression approximation or the like, and based on this, the position of the minute light source (2) in the Z direction is specified.
[0039]
If the focus is out of focus, the diameter of the light beam is larger than the slit width, and if the focus is in focus, the light beam diameter is smaller than the slit width. As the intersection of the graph approximating the part where the wave peak increases by the least square method etc. and the graph approximating the part where the wave peak decreases by the least square method etc. May be used to specify the position of the minute light source (2) in the Z direction.
[0040]
The light beam condensed by the lens unit (52) is split into a first light beam and a second light beam by a beam splitter (53), and the first light beam is passed through a slit (61) having a gradually widening width, so that the minute light source (2) ) Is specified in the X and Y directions, and the second light flux is passed through the lattice slit member (70) to specify the Z direction position of the minute light source (2). The position in the direction can be specified, and the position can be specified in all directions while the minute light source (2) is fixed. In addition, since the same measuring device can measure positions in all directions of XYZ, the measuring operation can be speeded up. Further, the lens unit (52), the lens barrel, the XYZ stage as the moving unit (23), and the like can be shared, and the device configuration is simplified.
[0041]
Further, instead of moving the moving optical system (50) in the X direction, the lens unit (52) is rotated so that the light beam moves across the slit (61) in the width direction, and the moving optical system (50) is rotated. The angle and the rotation angle of the lens unit (52) are used instead of the position and the movement distance in the X direction. When using a telescope optical system as the lens unit to specify the position of a minute light source that is several meters or farther away, instead of moving in the X direction, the angle or rotation angle of the lens unit (barrel) is changed. Good to use. In other words, when the moving optical system is moved in the X direction, which is the width direction of the slit, in order to specify the position of the minute light source in a distant and somewhat wide measurement range, only the X direction width of the measurement range is required. The moving optics must be moved. On the other hand, if the lens unit is rotated, a wide measurement range can be covered even at a long distance.
[0042]
If the direction (angle θ) where the minute light source exists and the distance (r) to the minute light source are known, the X-direction position of the minute light source can be specified. Further, since the Y-direction position at which the light beam has crossed the slit is known based on the rotation angle required to cross the slit, the Y-direction position of the minute light source can be specified based on this. That is, the inclination angle (θy) of the light beam with respect to the optical axis can be determined from the difference between the Y direction position where the extension of the optical axis of the telescope optical system intersects the slit and the Y direction position where the light beam from the minute light source crosses the slit. From this, and the distance (r) to the minute light source, the actual position of the minute light source in the Y direction can be obtained. Note that the minute light source may be a portion where light is reflected. For example, a configuration may be employed in which a reflection point on a certain object when the object is irradiated with a thin laser beam is treated as a minute light source, and the position of the reflection point is specified.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Each drawing shows an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the minute light source position measuring device 10 according to the present embodiment, FIG. 3 is a front view of the minute light source position measuring device 10, and FIG. It is. As shown in each figure, the minute light source position measuring device 10 includes a measuring table 20 having a stage movable in each of XYZ directions, an optical unit 50 attached to the measuring table 20, and a mechanical control for measurement. And a control unit 80 that performs signal processing and the like.
[0044]
The measurement table 20 includes a base plate 21 fixed to the floor, a column 22 extending vertically from the base plate 21 with a T-shaped cross section, an X stage 23 mounted on the column 22, and an X stage 23. It has a Y stage 24 mounted and mounted, a Z stage 25 mounted and mounted on the Y stage 24, and a holder arm 26 extending horizontally from the Z stage 25.
[0045]
The X stage 23, the Y stage 24, and the Z stage 25 are driven and moved by stepping motors 27a to 27c, respectively. The horizontal direction in the side view of FIG. 2 is the Y direction, and the vertical direction is the Z direction. The direction perpendicular to the Y direction in the plane perpendicular to the Z direction is the X direction (see FIG. 3).
[0046]
The optical unit 50 includes a lens barrel 51 mounted vertically on the holder arm 26, an objective lens 52 mounted on the lower end of the lens barrel 51, a beam splitter 53 mounted near the upper end of the lens barrel 51, and a beam splitter. A triangular slit member 60 attached near one output side (output side of the first light beam) 53 and a grating slit member 70 attached near the other output side (output side of the second light beam) of the beam splitter 53. And a first light receiving means 54 arranged behind the triangular slit member 60 and a second light receiving means 55 arranged behind the lattice slit member 70. The first light receiving means 54 and the second light receiving means 55 are composed of, for example, photodiodes. The optical section 50 is shielded so that light does not enter the inside from a portion other than the objective lens 52. In the present embodiment, the entire optical unit 50 forms a moving optical system. A predetermined point within the movable range of the moving optical system is set as the origin, and the position of the moving optical system is represented by a relative position from the origin.
[0047]
A semiconductor laser 2 as a minute light source to be inspected is fixed to an inspection table 3 having a radius of about 2 to 3 m which rotates about a distant axis (not shown). The semiconductor laser 2 emits a laser beam directly upward while being fixed to the inspection table 3. When the position of the light emitting point of the semiconductor laser 2 fixed to the inspection table 3 is measured by the minute light source position measuring device 10, the semiconductor laser 2 arrives directly below the objective lens 52 by rotating the inspection table 3. , It is stationary.
[0048]
After the accurate position of the light emitting point is measured by the minute light source position measuring device 10, the inspection table 3 rotates again and moves to the measurement position of the SMSR. Above the measurement point of the SMSR, an optical fiber is attached so that the end face thereof can be moved in the XYZ directions by a stepping motor, and the optical fiber is based on the position data acquired by the minute light source position measuring device 10. Is adjusted so that the laser light from the semiconductor laser 2 is accurately incident on the optical fiber.
[0049]
The control unit 80 is mainly configured by a computer device capable of executing a predetermined program. The control unit 80 performs various functions as the minute light source position measuring device 10, such as a function as the position analysis unit 81 and the attachment angle verification unit 82, and a movement control of each of the stages 23 to 25. The control unit 80 is connected to a control circuit of each of the stepping motors 27a to 27c, the first light receiving unit 54, and the second light receiving unit 55 through signal lines (not shown).
[0050]
FIG. 5 shows an example of the triangular slit member 60. The triangular slit member 60 has a slit 61 whose width gradually increases. The triangular slit member 60 is a plate member having a thickness of about 0.1 mm. Here, a slit 61 having the shape of an isosceles triangle is provided. The direction of the base of the isosceles triangle (the direction indicated by arrow 62 in the figure) is defined as the width direction of the slit.
[0051]
FIG. 6 shows an example of the lattice slit member 70. A large number of slits 71 are provided in the lattice slit member 70 in the width direction thereof. The slit 71 has an elongated rectangular shape. The arrow 72 in the figure is the width direction of the slit 71, and a number of slits 71 are provided side by side in the width direction. The lattice slit member 70 is a plate-like member having a thickness of about 0.1 mm. Here, the width of the slit 71 is set to 0.2 mm, and the distance between the slits (the portion that does not allow light to pass) is set to 0.2 mm. Therefore, the pitch of the slits is 0.4 mm.
[0052]
FIG. 7 is an enlarged view of an upper end portion of the optical unit 50. The triangular slit member 60 is disposed perpendicular to the optical axis of the objective lens 52 on the first light flux output side of the beam splitter 53. The slit 61 is attached so that the width direction of the slit 61 coincides with the X direction shown in FIG. The grating slit member 70 is attached such that the direction in which the slits 71 are arranged is inclined at a predetermined angle from a state perpendicular to the optical axis of the objective lens 52 on the second light beam output side of the beam splitter 53. In this example, it is inclined by 45 degrees.
[0053]
The position of the triangular slit member 60 is set on the first light beam side of the beam splitter 53 at or near the image point of the light emitting point of the semiconductor laser 2. The image point is a point at which an image (real image) of the light emitting point of the semiconductor laser 2 is generated by the objective lens 52. In other words, a portion (beam waist) where the diameter of the light beam condensed by the objective lens becomes the narrowest. It is a place where there is. Similarly, the grating slit member 70 is disposed at or near the image point of the semiconductor laser 2 on the second light beam side of the beam splitter 53.
[0054]
First, measurement of the position of the semiconductor laser 2 in the X and Y directions will be described.
The semiconductor laser 2 is made to emit light in a state where the semiconductor laser 2 is set so as to be almost directly below the optical unit 50. In this state, the control unit 80 moves the X stage 23 so that the optical unit 50 traverses a predetermined X-direction scan range, and simultaneously sets the position coordinates of the optical unit 50 and the output value of the first light receiving unit 54 at that time. The change characteristics indicating the relationship with are recorded. The X direction scanning range is set to a range sufficient for the first light beam from the beam splitter 53 to cross the slit 61 of the triangular slit member 60 in the X direction.
[0055]
FIG. 1 schematically shows a state in which the triangular slit member 60 crosses the light beam condensed by the objective lens 52 in the X direction. FIG. 8 shows a state in which the triangular slit member 60 and the first light receiving unit 54 are viewed from the objective lens 52 side. The light beam moves across the slit regardless of whether only the slit is moved, or both the slit and the objective lens are moved, or even if the slit, the objective lens and the light receiving means are moved integrally. So that they can achieve similar results. However, when the slit and the objective lens or these and the light receiving means are moved integrally, the slit width ÷ the optical magnification is the testable range of the position of the semiconductor laser 2 when the light beam crosses the slit width. .
[0056]
9 to 12 show the change characteristics of the output value of the first light receiving means 54 when the optical unit 50 is moved so that the light beam crosses the slit 61. FIG. FIG. 9 shows a change characteristic 111 of an output value when the light beam crosses a relatively wide portion of the slit 61 in a state where the slit 61 is almost at the image point and is almost in focus. FIG. 10 shows an output value change characteristic 112 when the light beam crosses a relatively narrow portion of the slit 61 in a state where the slit 61 is almost at the image point and almost in focus. FIG. 11 shows an output value change characteristic 113 when the slit 61 is located at a position shifted from the image point to some extent in the Z direction and the light beam crosses a relatively wide portion of the slit 61 in a low focus state. I have. FIG. 12 shows an output value change characteristic 114 when the slit 61 is located at a position shifted from the image point to some extent in the Z direction and the light beam crosses a relatively narrow portion of the slit 61 in a low focus state. I have. As described above, as the slit 61 of the triangular slit member 60 is located closer to the image point, the rising and falling of the change characteristic becomes steeper, and as the distance from the image point becomes smaller, the rising and falling characteristics become gentler. Also, if the light beam passes through a wide portion of the slit width, the width of the wave that appears as a change characteristic increases accordingly.
[0057]
The position analysis means 81 analyzes as follows based on the acquired change characteristics. FIG. 13 shows a change characteristic 131 when the light beam crosses from the left edge to the right edge of the slit. As shown in the figure, the output value is obtained as the maximum value as Hmax. Further, the position coordinate of the optical unit 50 when the output level rises to 10% of Hmax is Xr1, and the position coordinate of the optical unit 50 when the output level rises to 90% of Hmax is Xr9, and the output level is Hmax. The position coordinate of the optical unit 50 at the time when the output level has decreased to 90% is determined as Xf9, and the position coordinate of the optical unit 50 at the time when the output level has decreased to 10% of Hmax is determined as Xf1. Here, the position coordinates are obtained up to one decimal place.
[0058]
Next, the position coordinates Xr1 of the optical unit 50 at the time when the output level has risen to 10% of Hmax, and the intermediate position coordinates between the position coordinates Xr9 of the optical unit 50 at the time when the output level has risen to 90% of Hmax,
Xr5 = (Xr1 + Xr9) ÷ 2 (1)
Is calculated as Xr5.
[0059]
Similarly, an intermediate position coordinate between the position coordinate Xf9 of the optical unit 50 when the output level drops to 90% of Hmax and the position coordinate Xf1 of the optical unit 50 when the output level drops to 10% of Hmax is given by:
Xf5 = (Xf1 + Xf9) ÷ 2 Equation (2)
Is calculated as Xf5.
[0060]
Xr5 is the position coordinate when the center of the light beam enters the slit (the position coordinate when the center of the light beam comes on the left edge of the slit), and Xf5 is the position coordinate when the center of the light beam leaves the slit ( (The position coordinates when the center of the light beam comes on the right edge of the slit).
[0061]
Further, an intermediate position between Xr5, which is the position coordinate at which the light beam center enters the slit, and Xf5, which is the position coordinate at which the light beam center exits the slit,
Px = (Xr5 + Xf5) ÷ 2 Equation (3)
Is calculated as Px.
[0062]
This Px indicates the position coordinate in the X direction of the light emitting point of the semiconductor laser 2 with respect to the origin. In equation (3), by dividing (Xr5 + Xf5) by 2, the position coordinates of the light emitting point in the X direction can be obtained regardless of the position in the Y direction where the light beam has crossed the slit 61. This is because the left and right edges of the slit 61 make the same angle with respect to the Y direction.
[0063]
When the width of the slit is not widened symmetrically with respect to the Y direction, the position coordinate of the center of the light beam entering the slit and the position coordinate of the center of the light beam leaving the slit are defined by the slit. By dividing internally according to the ratio of the degree of spread to the left and the degree of spread to the right, the position coordinates of the light emitting point in the X direction can be obtained. For example, when the right edge extends at an angle of θ1 with respect to the Y direction and the left edge extends at an angle of θ2 with respect to the Y direction, the position coordinates Xr5 when the light beam center crosses the left edge of the slit are defined as The X direction position of the minute light source can be obtained based on a position obtained by internally dividing the position between the light flux center and the position coordinate Xf5 when the light beam center crosses the right edge of the slit at a ratio of tan θ1: tan θ2. That is,
Px = Xr5 + (Xf5-Xr5) × tan θ2 / (tan θ1 + tan θ2) Equation (4)
Can be determined by:
[0064]
The position Py in the Y direction of the light beam center is
Py = (Xf5-Xr5) ÷ 2 + Yc (5)
Is calculated by Here, Yc is the position coordinate of the intersection of the left and right edges of the slit. Equation (5) holds when the left and right edges of the slit form an angle of 45 degrees with respect to the Y direction.
[0065]
The general formula in the case where the left and right edges are symmetrically spread at an angle θ with respect to the Y direction is:
Py = (Xf5−Xr5) ÷ 2 ÷ tan θ + Yc (6)
become. Further, when the right edge extends at an angle of θ1 with respect to the Y direction and the left edge extends at an angle of θ2 with respect to the Y direction,
Py = (Xf5−Xr5) ÷ (tan θ1 + tan θ2) + Yc (7)
Can be determined by:
[0066]
In addition, even when the left and right edges do not spread linearly, the slit has a shape such that the position in the Y direction and the distance between the left and right edges in the Y direction position coordinates correspond one-to-one. In this case, since the position coordinates in the Y direction can be specified from the distance between the left and right edges, the position coordinates in the Y direction of the light emitting point can be specified. For example, when the edge of the slit has a curved shape according to a certain function, the Y-directional position coordinates of the light emitting point are specified based on the distance when the center of the light beam crosses the slit by an operation based on the function. be able to. Furthermore, even when the distance cannot be expressed by a specific function, if the relationship between the distance between the edges of the slit and the position coordinate in the Y direction is measured in advance and stored in a reference table or the like, the light beam center when the light beam crosses the slit can be obtained. By reading the position coordinates in the Y direction corresponding to the distance from this reference table, the position coordinates in the Y direction of the light emitting point can be specified.
[0067]
When the position coordinates in the Y direction are specified, the position coordinates in the X direction may be obtained as follows. An X-direction offset amount of the slit edge at the Y-direction position coordinates is determined from the specified Y-direction position coordinates and the extent and angle of the slit edge spread. The position coordinates of the light emitting point in the X direction are specified by correcting the position coordinates of the optical unit 50 in the X direction when the center of the light beam enters or exits the slit by the offset amount in the X direction. Is done.
[0068]
For example, when the right edge extends at an angle of θ1 with respect to the Y direction and the left edge extends at an angle of θ2 with respect to the Y direction, the position coordinate in the Y direction through which the center of the light beam passes is defined by the intersection of the left and right edges. When represented by a relative position Y1 with respect to
Y1 = (Xf5-Xr5) ÷ (tan θ1 + tan θ2) (8)
The relative offset amount X1 of the left edge with respect to the intersection of the left and right edges is
X1 = Y1 × tan θ2 Expression (9)
It becomes. Therefore, since the light emitting point should be located at a position shifted to the right by X1 from the left edge, the position coordinate Px of the light emitting point in the X direction is expressed by:
Px = Xr5 + X1 Expression (10)
Can be obtained as When the light beam center is based on Xf5 passing through the right edge, the X-direction offset amount is:
X2 = Y1 × tan θ1 Expression (11)
And Px is
Px = Xf5-X2 Expression (12)
Can be obtained as
[0069]
Next, verification of the mounting angle of the triangular slit member 60 will be described.
Here, the width of the slit is widened at a constant rate. The attachment angle verification unit 82 determines the change characteristic of the output value of the first light receiving unit 54 when the center of the light beam is moved across the slit 61 in the X direction by using two positions where the triangular slit member 60 is shifted in the Y direction. Measure with Then, from the difference between these change characteristics and the relationship between the moving distance dY of the slit member 60 in the Y direction and the rate at which the width of the slit 61 increases (the angle of the edge with respect to the Y direction), the width direction of the slit 61 and X A match with a direction, a mismatch, or a magnitude of an error is determined.
[0070]
For example, the position coordinate in the X direction when the light beam center passes through the left edge before moving in the Y direction is Xr5_0, and the position in the X direction when the light beam center passes through the left edge after moving by dY in the Y direction. Assuming that the coordinates are Xr5_1, the angle θr of the left edge with respect to the Y direction is
θr = arctan ((Xr5_0−Xr5_1) / dY) Equation (13)
Is obtained as
[0071]
The position coordinate in the X direction when the center of the light beam passes through the right edge before moving in the Y direction is Xf5_0. The position coordinate in the X direction when the center of the light beam passes through the right edge after moving by dY in the Y direction. Is Xf5_1, the angle θf of the right edge with respect to the Y direction is
θf = arctan ((Xf5_1-Xf5_0) / dY) Expression (14)
Is obtained as
[0072]
Then, θr and θ2 or θf and θ1 are compared, and based on the coincidence and disagreement and the magnitude thereof, if the angle is verified and the triangular slit member 60 is turned in any direction, the angle of the edge with respect to the Y direction is originally Verify that the angle is The angle of the optical unit 50 may be automatically rotated based on the verification result.
[0073]
Next, measurement of position coordinates in the Z direction will be described.
When measuring the position coordinates of the semiconductor laser 2 in the Z direction, the optical unit 50 is moved in the Y direction by the Y stage 24 with the semiconductor laser 2 emitting light. Then, the second light beam from the beam splitter 53 moves so as to cross the grating slit member 70 in the direction in which the slit 71 is provided. Actually, since the laser light is refracted by 90 degrees by the beam splitter 53, the second light flux moves in the Z direction in FIG.
[0074]
FIG. 14 shows a state in which a light beam moves across the slit 71 of the grating slit member 70 and a change characteristic 151 of the output value of the second light receiving means 55 observed at that time. Since the lattice slit member 70 is arranged so that the direction in which the slits 71 are arranged is inclined at 45 degrees as shown in FIGS. 7 and 14, the slit 71 a at one end of the provided slits is connected to the objective lens 52. The closer to the slit, the closer to the slit 71c at the other end, the further away from the objective lens 52. The lattice slit member 70 is arranged so that an image point is included between the slit 71a and the slit 71c.
[0075]
As described above, the closer the slit is to the image point, the sharper the rising and falling characteristics of the output value of the light receiving means when the light beam enters and exits the slit, and the more gradual the deviation from the image point. Therefore, when the light beam moves in the direction indicated by the arrow 140 in FIG. 14 and crosses the slits 71 provided side by side, the wave of each slit observed at that time becomes smaller as the one corresponding to the slit closer to the image point. It changes steeply, and the one corresponding to the slit far from the image point changes gradually.
[0076]
The position analysis means 81 differentiates the obtained change characteristic and further takes its absolute value. As a result, twice as many peaks as the number of slits crossed by the light beam are obtained. The height of the peak indicates the magnitude of the change rate (steepness) of the original wave. The position analysis means 81 finds the position coordinates corresponding to the image point by further mathematically processing the waveform obtained by differentiating and taking the absolute value. That is, the distance from the objective lens 52 to the image point is found. Specifically (see FIG. 14), assuming that the inclination angle of the grating slit member 70 is θz, the moving distance L1 of the light beam in the direction of arrow 140 from the reference point to the image point is divided by tan θz. , The offset amount L2 from the reference point in the Z direction is obtained. Then, the distance from the objective lens 52 to the image point is obtained by adding the distance from the objective lens to the reference point and the preceding offset amount L2. By converting this based on the optical magnification, the distance from the objective lens 52 to the light emitting point of the semiconductor laser 2 is obtained, and as a result, the position coordinates of the light emitting point in the Z direction are specified.
[0077]
Mathematical processing includes approximating an envelope connecting peaks of a waveform whose absolute value has been differentiated, and specifying the peak of the envelope as coordinates at which an image point may exist. As described above, the lattice slit member 70 in which a number of slits 71 are juxtaposed in the width direction is arranged obliquely so that these slits are dispersed before and after the image point, so that the luminous flux moves across these juxtaposed slits. Thus, the position coordinates of the light emitting point in the Z direction can be obtained only by moving the optical unit 50 once in a fixed direction.
[0078]
If the focus is out of focus, the diameter of the light beam is larger than the slit width, and if the focus is in focus, the light beam diameter is smaller than the slit width. As the intersection of the graph approximating the part where the wave peak increases by the least square method etc. and the graph approximating the part where the wave peak decreases by the least square method etc. The position of the minute light source in the Z direction may be specified based on
[0079]
Next, another method of obtaining the position coordinates in the Z direction will be described.
As described above, the closer to the image point, the steeper the change characteristic of the output value of the light receiving means when the light beam enters and exits the slit. Therefore, the steepness of the rise and fall of the waveform when the light beam moves across the triangular slit member 60 in the X direction is measured by moving the triangular slit member 60 to several positions in the Z direction. More specifically, at least two measurements are made before and after each image point. For example, as shown in FIG. 15, the steepness is defined as a rising start position at a position where the output value is 10% with respect to the peak of the change characteristic 151 of the first light receiving unit 54, and a rising end position with a position reaching 90%. Thus, the moving amount Xr of the moving optical system during the rising period is obtained, and this is used as the steepness. In this case, the smaller the amount of movement, the higher the steepness. The falling side is similarly obtained as Xf.
[0080]
Based on the steepness (movement amount) measured at least two places before and after the image point in focus, a graph 161 in which the change when the steepness increases is regressively approximated by a least square method or the like, and the steepness decreases. A graph 162 obtained by regression approximation of the change at the time by the least-squares method or the like is obtained as shown in FIG.
[0081]
More specifically, for example, about nine measurement points are provided so that at least two points can be reliably measured on both sides of the image point. In the case of a general semiconductor laser (CAN type), the error in the Z axis is about ± 20 μm. Therefore, for example, the Z stage 25 is moved at intervals of 15 μm in the range of −60 μm to +60 μm, and measurement is performed at nine locations. Then, one having the largest steepness is selected (the smallest one when the movement amount during the rising period is used), and the measured value is divided into front and rear portions, and each is approximated by a straight line by the least squares method. The intersection is determined, and the position coordinates in the Z direction are specified.
[0082]
As described above, the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and even if there are changes and additions without departing from the gist of the present invention, the present invention will be described. included.
[0083]
For example, in the embodiment, the position coordinates of the light emitting point of the semiconductor laser 2 in the X direction and the Y direction are measured by moving the X stage 23, and the Z direction using the grating slit member 70 is measured by moving the Y stage 24. For example, if the direction in which the triangular slit member 60 is attached is changed by 90 degrees and the width direction of the slit is set in the Y direction, the Y stage 24 can be moved simply by moving the Y stage 24. Measurement in the XY directions using the slit member 60 and measurement in the Z direction using the grid slit member 70 can be performed at one time.
[0084]
Further, in the embodiments, the semiconductor laser is used as the minute light source to be measured. However, the minute light source corresponding to this is not limited to the semiconductor laser. Further, in the embodiment, the microscope optical system is used. However, when measuring the position of a distant minute light source, a telescope optical system may be used. That is, instead of moving the moving optical system in the X direction, the lens unit of the telescope optical system is rotated so that the light beam moves across the slit in the width direction, and the position and movement of the moving optical system in the X direction are changed. The angle and the rotation angle of the lens unit are used instead of the distance. As a result, a wide range in a distant place can be covered as a measurement range.
[0085]
【The invention's effect】
According to the minute light source position measuring apparatus of the present invention, accurate position data of a fixed minute light source such as a semiconductor laser mounted on an inspection table can be easily obtained, so that an inspection preparation such as an SMSR can be promptly performed. be able to.
[0086]
In particular, the light beam condensed by the objective lens from the minute light source moves the slit etc. so that the light beam moves across the slit that gradually widens in the width direction, and the change in the intensity of the light passing through the slit at that time Since the position of the minute light source in the XY plane perpendicular to the optical axis is specified based on the characteristics, the position data can be obtained easily and quickly.
[0087]
Further, by arranging a slit member at or near an image point where the diameter of the light beam becomes the smallest and an image of the minute light source is generated, the width of the slit can be narrowed and the moving amount of the moving optical system can be reduced. As a result, the inspection can be performed more quickly. Also, the output value of the light receiving means when the light beam enters and exits the slit changes sharply as the diameter of the light beam decreases, so that the position where the center of the light beam enters and exits the slit by arranging the slit at or near the image point. Can be accurately grasped, and the measurement accuracy can be improved.
[0088]
The change characteristic of the output value of the light receiving means when the moving optical system is moved in the X direction is measured at two positions where the slit member is shifted in the Y direction, and the difference between these change characteristics and the slit member in the Y direction is measured. By calculating the difference between the width direction of the slit and the X direction from the relationship between the moving distance of the slit and the rate at which the width of the slit expands, the direction of the slit can be accurately and easily verified, and the measurement accuracy is improved. be able to.
[0089]
Further, the steepness of the rise or fall of the output value of the light receiving means when the moving optical system is moved in the X direction is measured at several points while shifting the moving optical system in the Z direction, and based on this measurement, the steepness is measured. Deriving the position of the moving optical system in the Z direction that maximizes the degree and specifying the position of the minute light source in the Z direction uses a slit or an optical system used to specify the XY directions. The position can also be specified, and the configuration of the device can be simplified.
[0090]
In addition, a lattice slit member with a number of slits arranged in the width direction of the slits is arranged obliquely so that the distance from each slit to the objective lens changes gradually across the image point, and is focused by the objective lens. In order to specify the position of the minute light source in the Z direction by moving the luminous flux across these slits and analyzing the change characteristic of the output value of the light receiving means at this time, the movement of the moving optical system is performed once. The position of the minute light source in the Z direction can be specified simply by performing the measurement, and quick position measurement can be performed.
[0091]
The luminous flux condensed by the objective lens is split into a first luminous flux and a second luminous flux by a beam splitter, and the first luminous flux is passed through a slit having a gradually widening to identify the position of the minute light source in the XY directions. When the two light beams are passed through the lattice slit member to specify the position of the small light source in the Z direction, the position can be specified in all directions of XYZ with the same measuring device. , XYZ in all directions. In addition, since the same measuring device can measure positions in all directions of XYZ, the measuring operation can be speeded up. Further, the objective lens, the lens barrel, the XYZ stage as the moving means, and the like can be shared, and the device configuration is simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an optical system of a minute light source position measuring device according to the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view showing a minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a top view showing a minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view showing a triangular slit used in the minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing a grating slit used in the minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing, in an enlarged manner, a portion near a slit of an optical unit included in the minute light source position measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state where the triangular slit and the first light receiving unit shown in FIG. 1 are viewed from the objective lens side.
FIG. 9 is a diagram illustrating a change characteristic of an output value when a slit is almost at an image point and a light beam crosses a relatively wide portion of the slit in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a change characteristic of an output value when a slit is almost at an image point and a light beam crosses a relatively narrow portion of the slit in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 11 shows a change characteristic of an output value when a slit is located at a position deviating from an image point and a light beam crosses a relatively wide portion of the slit in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 12 shows a change characteristic of an output value when a slit is located at a position deviating from an image point and a light beam crosses a relatively narrow portion of the slit in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 13 is a reference position used for obtaining a position where the center of a light beam passes through an edge of the slit from a change characteristic of an output value when the light beam crosses the slit in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 14 shows an example of a state in which a light beam moves across a grating slit and a change characteristic of an output value of a second light receiving unit observed at that time in the minute light source position measuring apparatus according to one embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a reference range for obtaining a steepness used when measuring a position in the Z direction using a triangular slit in the minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of an approximate graph for determining a position where the steepness is greatest based on the steepness measured by the minute light source position measuring device according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2. Semiconductor laser
3. Inspection table
10. Micro light source position measuring device
20… Measuring table
21 ... Base plate
22 ... pillar part
23 ... X stage
24 ... Y stage
25 ... Z stage
26 ... Holder arm
27a-27c ... stepping motor
50 ... Optical part
51 ... barrel
52 Objective lens
53 ... Beam splitter
54.. First light receiving means
55 ... second light receiving means
60 ... triangular slit member
61 ... Triangular slit
70 ... Lattice slit member
71 ... Slit
80 ... Control unit
81: Position analysis means
82 mounting angle verification means
111-114, 131, 151 ... change characteristics
140: Arrow indicating the direction of movement of the light beam
162 ... Regression approximated graph

Claims (12)

微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
A slit member having a slit whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to the optical axis of the lens unit are defined as an X direction and a Y direction, and the width direction of the slit coincides with the X direction. A direction arranged between the lens unit and the light receiving means,
The moving optical system including one or both of the slit member and the lens unit is moved in the X direction so that the light beam condensed via the lens unit moves across the slit in the width direction. Means of transportation
A position analyzing unit that analyzes a position of the minute light source based on a relationship between a position of the moving optical system and an output value of the light receiving unit,
The position analysis means, the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit from the change characteristics of the output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system A position in the X direction of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit is determined, and a position in the Y direction of the minute light source is specified based on a relationship between a distance therebetween and a width of the slit. A minute light source position measuring device characterized by the above-mentioned. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が左右対称に次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置との中心位置に基づいて前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
A slit member having a slit whose width gradually widens symmetrically, wherein two directions perpendicular to a plane perpendicular to the optical axis of the lens unit are defined as an X direction and a Y direction, and the width direction of the slit is defined as the X direction. One disposed between the lens unit and the light receiving means in a direction coinciding with a direction,
The moving optical system including one or both of the slit member and the lens unit is moved in the X direction so that the light beam condensed via the lens unit moves across the slit in the width direction. Means of transportation
A position analyzing unit that analyzes a position of the minute light source based on a relationship between a position of the moving optical system and an output value of the light receiving unit,
The position analysis means, the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit from the change characteristics of the output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system A position in the X direction of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit is determined, and a position in the Y direction of the minute light source is specified based on a relationship between a distance therebetween and a width of the slit. The minute position based on the center position between the X direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit and the X direction position of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit. A minute light source position measuring device for identifying a position of a light source in the X direction. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置との間をスリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した位置に基づいて前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
A slit member having a slit whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to the optical axis of the lens unit are defined as an X direction and a Y direction, and the width direction of the slit coincides with the X direction. A direction arranged between the lens unit and the light receiving means,
The moving optical system including one or both of the slit member and the lens unit is moved in the X direction so that the light beam condensed via the lens unit moves across the slit in the width direction. Means of transportation
A position analyzing unit that analyzes a position of the minute light source based on a relationship between a position of the moving optical system and an output value of the light receiving unit,
The position analysis means, the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit from the change characteristics of the output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system A position in the X direction of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit is determined, and a position in the Y direction of the minute light source is specified based on a relationship between a distance therebetween and a width of the slit. In addition, the distance between the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit and the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit moves to the left of the slit. A minute light source position measuring apparatus characterized in that a position in the X direction of the minute light source is specified based on a position internally divided according to a ratio of a degree of spread and a degree of spread to the right. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときもしくはスリットから出たときにおける前記移動光学系のＸ方向位置を、そのときの光束中心のＹ方向位置と前記スリットの広がり具合とから求めた当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量で補正することにより、前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
A slit member having a slit whose width gradually increases, wherein two directions orthogonal to a plane perpendicular to the optical axis of the lens unit are defined as an X direction and a Y direction, and the width direction of the slit coincides with the X direction. A direction arranged between the lens unit and the light receiving means,
The moving optical system including one or both of the slit member and the lens unit is moved in the X direction so that the light beam condensed via the lens unit moves across the slit in the width direction. Means of transportation
A position analyzing unit that analyzes a position of the minute light source based on a relationship between a position of the moving optical system and an output value of the light receiving unit,
The position analysis means, the X-direction position of the moving optical system when the center of the light beam enters the slit from the change characteristics of the output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system A position in the X direction of the moving optical system when the center of the light beam exits the slit is determined, and a position in the Y direction of the minute light source is specified based on a relationship between a distance therebetween and a width of the slit. In addition, the position of the moving optical system in the X direction when the center of the light beam enters or exits the slit is obtained from the Y position of the light beam center at that time and the degree of spread of the slit. A minute light source position measuring apparatus characterized in that an X direction position of the minute light source is specified by correcting the slit edge at the direction position with an X direction offset amount. 前記レンズ部によって前記微小光源の映像が生成される点である映像点もしくはその近傍に前記スリットが位置するように前記スリット部材を配置する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。5. The slit member according to claim 1, wherein the slit member is arranged such that the slit is located at or near an image point where an image of the minute light source is generated by the lens unit. 6. The minute light source position measuring device as described in the above. 前記スリットの幅方向と前記Ｘ方向との一致を検証する取付角検証手段をさらに有し、
前記取付角検証手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性を、前記スリット部材をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、前記変化特性の相違と前記スリット部材のＹ方向への移動距離と前記スリットの幅が広がる割合との関係から、前記スリットの幅方向の向きと前記Ｘ方向との差を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。Further comprising an attachment angle verification means for verifying the agreement between the width direction of the slit and the X direction,
The mounting angle verification unit measures a change characteristic of an output value of the light receiving unit when the moving unit moves the moving optical system in the X direction at two positions where the slit member is shifted in the Y direction. Determining a difference between the direction of the slit in the width direction and the X direction from a relationship between the difference in the change characteristics and a moving distance of the slit member in the Y direction and a ratio of the width of the slit expanding. The minute light source position measuring device according to claim 1, 2, 3, or 4. 前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際に前記受光手段の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリットが前記微小光源の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。The position analysis unit may determine that when the moving unit moves the moving optical system in the X direction, the steepness of one or both of rising and falling of the output value of the light receiving unit is determined. The optical system is shifted in the Z direction which is the optical axis direction, and at least two positions are respectively set in a state where the slit is located in front of an image point where an image of the minute light source is generated and a state where the slit is located in the back side. Calculating a Z-direction position of the moving optical system at which the steepness is maximum from the measurement results, and identifying a Z-direction position of the minute light source based on the calculated position. 5. The minute light source position measuring device according to 3 or 4. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて、前記光軸方向であるＺ方向における前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際に前記受光手段の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリットが前記微小光源の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
A slit member having a slit, and when two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the lens unit are defined as an X direction and a Y direction, the width direction of the slit is set to a direction coinciding with the X direction. One disposed near an image point where an image of the minute light source is generated,
The moving optical system including one or both of the slit member and the lens unit is moved in the X direction so that the light beam condensed via the lens unit moves across the slit in the width direction. Means of transportation
Based on the relationship between the position of the moving optical system and the output value of the light receiving unit, the position analyzing unit has a position analyzing unit that analyzes the position of the minute light source in the Z direction that is the optical axis direction, When the moving means moves the moving optical system in the X direction, the steepness of one or both of the rise and the fall of the output value of the light receiving means is determined by setting the moving optical system to the optical axis. It is shifted in the Z direction, which is the direction, and the slit is performed at least two places in a state in which the slit is located in front of the image point where the image of the micro light source is generated and a state in which the slit is located in the back side, and from these measurement results, A minute light source position measuring device, wherein a Z direction position of the moving optical system at which the steepness is maximized is calculated, and a Z direction position of the minute light source is specified based on the calculated position. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットがその幅方向に多数併設された格子スリット部材であって、前記レンズ部の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部の光軸に垂直かつ前記スリットの併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリットの併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリットをそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段とを有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性を微分して絶対値をとり、これにおいて最大値が現れるであろう前記移動光学系のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
When the slit is a lattice slit member provided side by side in the width direction thereof, and the optical axis of the lens portion is the Z direction and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis are the X direction and the Y direction, In a state in which the angle formed by the direction in which the slits are arranged and the optical axis are deviated from 90 degrees with respect to a state in which the direction in which the slits are arranged and the direction in which the slits are arranged coincide with each other in a direction perpendicular to the optical axis of the lens unit. One disposed near an image point where an image of the minute light source is generated,
The lattice slit member and / or the lens unit are formed such that the light beam condensed via the lens unit moves across the multiple slits in the direction in which they are arranged before and after the image point. Moving means for moving a moving optical system in the X direction;
Position analysis means for analyzing the position of the minute light source based on the relationship between the position of the moving optical system and the output value of the light receiving means,
The position analyzing means differentiates a change characteristic of an output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system and takes an absolute value, at which the maximum value appears. A minute light source position measuring device, wherein a position in the X direction of the system is obtained, and a position in the Z direction of the minute light source is specified based on the X position. 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットがその幅方向に多数併設された格子スリット部材であって、前記レンズ部の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部の光軸に垂直かつ前記スリットの併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリットの併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリットをそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段とを有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性に現れた多数のピークから、最大ピーク値が現れるであろう前記移動光学系のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。In a minute light source position measuring device that measures the position of a minute light source,
A lens unit that collects light from the minute light source,
A light receiving unit that receives the light flux condensed by the lens unit and outputs a signal corresponding to the intensity thereof,
When the slit is a lattice slit member provided side by side in the width direction thereof, and the optical axis of the lens portion is the Z direction and two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis are the X direction and the Y direction, In a state in which the angle formed by the direction in which the slits are arranged and the optical axis are deviated from 90 degrees with respect to a state in which the direction in which the slits are arranged and the direction in which the slits are arranged coincide with each other in a direction perpendicular to the optical axis of the lens unit. One disposed near an image point where an image of the minute light source is generated,
The lattice slit member and / or the lens unit are formed such that the light beam condensed via the lens unit moves across the multiple slits in the direction in which they are arranged before and after the image point. Moving means for moving a moving optical system in the X direction;
Position analysis means for analyzing the position of the minute light source based on the relationship between the position of the moving optical system and the output value of the light receiving means,
The position analyzing means, from a number of peaks appearing in the change characteristic of the output value of the light receiving means when the moving means moves the moving optical system, a maximum peak value of the moving optical system in which a maximum peak value will appear. An X-direction position is determined, and a Z-direction position of the minute light source is specified based on the X-direction position. 請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置と、請求項９または１０に記載の微小光源位置測定装置とを少なくともレンズ部を共用して備えるとともに、前記レンズ部によって集光された光束を第１光束と第２光束に分岐するビームスプリッタを有し、
前記ビームスプリッタの出力する前記第１光束を請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置で使用し、
前記ビームスプリッタの出力する前記第２光束を請求項９または１０に記載の微小光源位置測定装置で使用するように構成した
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。A minute light source position measuring device according to claim 1, 2, 3, or 4 and a minute light source position measuring device according to claim 9 or 10 are provided at least in common with a lens unit, and are condensed by the lens unit. A beam splitter that splits the split light beam into a first light beam and a second light beam,
The first light flux output from the beam splitter is used in the minute light source position measuring device according to claim 1, 2, 3, or 4,
A minute light source position measuring device, wherein the second light beam output from the beam splitter is used in the minute light source position measuring device according to claim 9 or 10. 前記移動光学系をＸ方向に移動させることに代えて前記光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように前記レンズ部を回転させるとともに、前記移動光学系のＸ方向の位置および移動距離に代えて前記レンズ部の角度および回転角を用いることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載の微小光源位置測定装置。Instead of moving the moving optical system in the X direction, the lens unit is rotated so that the light beam moves across the slit in the width direction, and the position and moving distance of the moving optical system in the X direction 12. The minute light source position measuring apparatus according to claim 1, wherein an angle and a rotation angle of the lens unit are used instead of the angle.
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