JPH06281414A

JPH06281414A - 光集積型変位計測装置

Info

Publication number: JPH06281414A
Application number: JP6946793A
Authority: JP
Inventors: Jun Funazaki; 純船崎
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-07

Abstract

(57)【要約】【目的】マイクロマシン等の可動部の微小変位を最高
分解能が数ｎｍ程度の高精度で計測することができ、か
つその測定系の構成が小さく、基板上に集積可能で作成
が容易な光集積型変位計測装置を提供すること。【構成】微小開口型ＰＳＴＭを検出光学系とし、ＰＳ
ＴＭの微小開口１０６に所定の周期構造を持つ基準格子
１０８を微小距離隔てて配置し、ＰＳＴＭと基準格子１
０８との相対変位を計測する変位計測装置において、Ｐ
ＳＴＭを、微小開口１０６を有する光反射膜１０９と、
光反射膜１０９の基準格子１０８とは反対側に配置され
た平面型光導波路１０３と、光導波路１０３に光結合し
て微小開口１０６に光を照射する半導体レーザ１０４
と、光導波路１０３に光結合して微小開口１０６からの
エバネッセント光を検出する光検出器１０７とから構成
し、これら１０３，１０４，１０７及び１０９を同一基
板１０１に集積したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に集積可能な光
集積型変位計測装置に係わり、特に微小開口からのエバ
ネッセント光を測定するフォトン走査トンネル顕微鏡を
用いた光集積型変位計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のメカニカルな精密ステージでは、
格子パターンを持つスケール板と受光素子及び発光素子
を組み合わせたリニアエンコーダや、レーザ干渉計等に
よる変位計測が行われている。レーザを用いた方式の一
例を図８に示す。光の強度によらず、位相差のみを用い
ることによって検出分解能を向上させることが試みられ
ている。以下、本図に基づいてその原理説明する。

【０００３】これは、変位によって生じる光路差の変化
を光の位相差に変えて検出する。測定には周波数の極僅
かに違う２つの光Ａ，Ｂを用いる。それぞれの光は偏波
面が直交する直線偏光である。このため、２つの光Ａ，
Ｂは干渉せずに同一の光路を進める。２つの光Ａ，Ｂは
センサ部のビームスプリッタ１に向かい、それぞれ２つ
の経路に分かれる。ビームスプリッタ１を反射する経路
では、そのまま直線偏光に対して４５°傾けてある偏光
板２を通ってそれぞれの光Ａ，Ｂが干渉する。これを参
照光とする。ビームスプリッタ１を透過する経路では、
光Ａ，Ｂはビームスプリッタ４によりさらに２つに分か
れ、その一方は被測定物８に当たり、他方は鏡６で反射
する。そして、これらの光は偏光板９を通って干渉し、
信号光１０となる。参照光３と信号光１０はそれぞれう
なりを生じている。この２つのうなりの位相差を測り、
その変化から被測定物８の変位を求める。

【０００４】また最近、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）
や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で、結晶格子等を基準とし
て可動部の変位計測を行うという、観察装置としてでは
なく変位計測装置としての用法が提案されている。この
方法においては、０．１ｎｍ程度の高精度な変位計測が
期待されている。

【０００５】一方、マイクロマシンは研究が開始された
ばかりであり、微小光学素子の集積化技術をもとに、レ
ーザ干渉計やリニアエンコーダ，或いはロータリーエン
コーダをマイクロマシンと同一の基板上に集積化する技
術が期待されている。その一例を図９に示す。これは、
レーザ干渉計による変位計測装置の一部を集積したもの
である。以下、本図に基づいてその構成と作用を説明す
る。

【０００６】基板５１面上に、非対称Ｘ分岐導波路５２
が作成されている。分岐導波路５２の一方の端面に端面
ミラー５３が、他方の導波路端面にはロッドレンズ５４
が、また逆の２つの導波路端面にはマルチモードファイ
バ５６と偏波面保存ファイバ５７が設けられている。非
対称Ｘ分岐導波路５２は、４本のチャネル型光導波路を
１箇所で結合した構成で、その導波路幅は１組が同じ
で、他の１組が異なっている。非対称Ｘ分岐導波路５２
は通常のビームスプリッタの動作と同様な振る舞いをす
ると同時に、モードの選択性がある。

【０００７】即ち、導波路５２ａから入射した光は導波
路５２ｃ，５２ｄに均等に分かれて伝搬するが、導波路
５２ｃ，５２ｄからの反射光が同相，逆相の場合はそれ
ぞれ、導波路５２ａ，５２ｂに伝搬する。従って、導波
路５２ａから光を入射し、導波路５２ｂで反射光を検出
すると、導波路５２ｃ，５２ｄからの反射光の位相が検
出できる。これにより、端面ミラー５３からの反射光を
参照光として、ロッドレンズ５４から離れて設けられた
可動部のミラー５５からの反射光の位相を検出でき、そ
の結果、可動部の変位を測定できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように近年、数十
ｎｍから数ｎｍ程度の高い分解能を持ち、かつマイクロ
マシン等と共に集積化可能で作成の用意な変位計測装置
が期待されている。ところが、エンコーダはその機構
上、変位分解能が低く、数μｍ程度であり、それを改良
したレーザを用いたエンコーダでの分解能も０．５μｍ
程度である。従来の個別部品から構成されたエンコーダ
を、微細化して集積化することは可能であると考えられ
る。しかし、変位分解能が前述のように低く高々数μｍ
程度であり、かなり低い。

【０００９】また、レーザ干渉計を用いた変位計測装置
での変位分解能は使用する光の波長や変位検出方式にも
よるが、一般的に０．１μｍ程度である。前述したよう
に、これを改良して分解能を数ｎｍ程度に向上した図８
に示したもの等も検討されている。しかし、これらは個
別の光学部品によっていずれ実現されるであろうが、こ
のように複雑で精度の要求される光学部品からなる検出
光学系を集積化することは非常に困難である。

【００１０】前述のＳＴＭを用いた方法においては、被
測定物を導電状態に保つ必要があり、汎用の変位測定装
置としての応用は難しい。また、ＳＴＭ及びＡＦＭのい
ずれの場合においても、探針の作成は一般に難しく、そ
の構造の特性から非常に破損し易く探針の保護が必要で
ある。さらに、寸法基準として凹凸のある格子を用いた
場合においてその形状に沿った探針の上下機構も必要で
あり、装置構成が複雑になる。そのために、測定する変
位が速いものに対しては追従することができない。この
ように、この方法においては、高精度な変位計測が期待
できる反面、前記のような多くの問題点がある。また、
当然ながら、該方法をマイクロマシン等と共に集積化す
ることは、その作成上極めて困難である。

【００１１】本発明は、このような問題点を鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、マイクロマ
シン等の可動部の微小変位を数ｎｍ程度の高精度で計測
することができ、かつその測定系の構成が小さく、基板
上に集積可能で作成が容易な光集積型変位計測装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち本発
明は、光導波路を用いて基板上に集積可能な光集積型変
位計測装置において、微小開口からのエバネッセント光
のパワー又は周波数シフト量を測定するフォトン走査ト
ンネル顕微鏡を検出光学系とし、このフォトン走査トン
ネル顕微鏡の微小開口に所定の周期構造を持つ基準格子
を微小距離隔てて配置し、これらフォトン走査トンネル
顕微鏡と基準格子との相対変位を計測するものであり、
フォトン走査トンネル顕微鏡を、微小開口を有する光反
射膜と、この光反射膜の基準格子とは反対側に配置され
た平面型光導波路と、この光導波路に光結合されて微小
開口に光を照射する半導体発光素子と、光導波路に光結
合されて微小開口からのエバネッセント光を検出する光
検出器とから構成し、かつ光反射膜，半導体発光素子，
光導波路及び光検出器を同一基板に集積してなることを
特徴とする。また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものが上げられる。

【００１３】(1) フォトン走査トンネル顕微鏡は微小開
口型フォトン走査トンネル顕微鏡であり、光検出器は微
小開口からの微小開口からのエバネッセント光のパワー
を検出するものであること。

【００１４】(2) フォトン走査トンネル顕微鏡は反射共
振型フォトン走査トンネル顕微鏡であり、光検出器は微
小開口からのエバネッセント光により生じた位相差を光
共振法により検出するものであること。 (3) 基準格子として、複数の異なる屈折率を持つ材料を
周期的に堆積した積層膜の積層方向端面を用いること。 (4) 基準格子として、ピッチの異なる複数の格子を重ね
合わせたこと。 (5) 基準格子として、複数の凹凸型格子と複数の積層型
格子とを重ね合わせたこと。 (6) 基準格子の任意の部分の屈折率がそれ以外の部分と
は異なること。

【００１５】

【作用】まず、本発明の基本となるフォトン走査トンネ
ル顕微鏡（以下、ＰＳＴＭと略記する）に関しては、近
年盛んに研究が行われており、その概要は文献“フォト
ン走査トンネル顕微鏡”（光学，1991,Vlo.20,No.3,p.1
34）等に詳しく記載されている。

【００１６】次に、本発明の原理と作用を説明する。上
記文献では横方向分解能としては数十ｎｍの特性が報告
され、さらに１ｎｍ以下の分解能の可能性が示唆されて
いる。従って、ＰＳＴＭでピッチが既知の基準格子の一
部を観察した状態を保ち、その一方で基準格子を変位さ
せれば、後述する図１（ｃ）に示す信号を得て、既知の
基準格子のピッチ寸法を基に変位量を算出することがで
きる。つまり、変位量はＰＳＴＭの観察結果として測定
可能であり、かつその分解能も十分に高い。

【００１７】また、ＰＳＴＭは波長以下の微小開口から
の光のしみ出しと観察物体の相互作用によるものである
ため、基準格子は単なる凹凸だけではなく材質の変化、
つまり屈折率の変化を持たせたものでもよい。さらに、
基準格子の凹凸は、材料を特に格子状に加工することな
く、材料そのものの分子或いは原子からなる結晶格子を
用いることもできる。

【００１８】上述の原理を用い本発明では、ＰＳＴＭと
基準格子によって集積可能な変位測定装置を実現するた
めに、微小開口を有する反射膜、平面型光導波路、半導
体レーザは発光ダイオード等の半導体発光素子、フォト
ダイオード等の光検出器を同一基板に集積化してＰＳＴ
Ｍを構成している。従って本発明によれば、マイクロマ
シン等の可動部の微小変位をＰＳＴＭの分解能である数
ｎｍ程度の高精度で計測することができ、しかもＰＳＴ
Ｍを同一基板上に集積して形成していることから、ＰＳ
ＴＭの構成が小さく作成が容易な光集積型変位計測装置
を提供することが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）

【００２０】図１は、本発明の第１の実施例に係わる光
集積型変位計測装置を説明するためのもので、（ａ）
（ｂ）は装置構成を示す断面図、（ｃ）は検出信号波形
図である。なお、図１の（ａ）は（ｂ）の矢視Ａ−Ａ′
断面に相当している。この実施例は、微小開口型ＰＳＴ
Ｍを基板上に集積化すると共に基準格子を用いて変位計
測装置を構成するものである。以下、本図に基づいて本
実施例における装置構成を説明する。

【００２１】図１（ａ）（ｂ）に示すように、半導体材
料などからなる基板１０１上に、バッファ層１０２及び
光導波路１０３からなる平面型光導波路構造が形成され
ている。基板１０１の一端面には、一部に微小開口１０
６を有する反射膜１０９が設けられている。光導波路１
０３の端面には、半導体レーザ等からなる光源１０４
が、光導波路１０３に導波光を励起させるように設けら
れている。光源１０４と反射膜１０９との間には、光源
１０４からの光を平行光に変換する導波路型コリメート
レンズ１０５が設けられている。また、反射膜１０９に
設けられた微小開口１０６から散乱される光を受光で
き、かつ反射膜１０９から反射される光を直接受光しな
い位置に、光検出器１０７が配置されている。

【００２２】このように構成された検出光学系の微小開
口１０６に微小間隔を持って基準格子１０８が配置され
ている。図２は、この実施例に用いた基準格子１０８の
構成を示す斜視図である。基準格子１０８としては、図
２（ａ）に示すように格子材料２０１の表面に周期的凹
凸を設けたもの、又は図２（ｂ）に示すように異なる屈
折率を持つ材料２０１，２０２を周期的に複数堆積した
積層膜の端面構造を用いる。材料の積層には、従来の半
導体素子製造技術、特にＭＯＣＶＤやＭＢＥ技術を用い
れば、単原子層の堆積が容易に実現する。これにより、
微小ピッチの基準格子１０８の作成が可能である。

【００２３】なお、変位を発生する部分に基準格子１０
８、或いは検出光学系のいずれかが固定されている。ま
た、上述の光導波層１０３，光源１０４、光検出器１０
７等からなる検出光学系及び基準格子１０８は、従来の
半導体素子形成技術により容易に実現できる。

【００２４】次に、本実施例における作用を説明する。
光源１０４により光導波路１０３の端面から導波光が励
振される。光源１０４からの発散光はコリメートレンズ
１０５により平行光となり、反射膜１０９に開けられた
微小開口１０６とその周辺に入射して反射する。このと
き、微小開口１０６で散乱された光の一部が、光導波路
１０３内を伝搬して光検出器１０７に入射する。微小開
口１０６では光がその量子効果により反射膜１０９より
外側に極僅かだけしみ出してエバネセント光となってい
る。このため、しみ出し領域に物体があると、光と物体
が相互に作用し、その物体が変化すると、微小開口周辺
の複素屈折率が変調を受け、結果として微小開口１０６
からの散乱光が変調を受ける。

【００２５】従って、物体の変化を光検出器１０７の出
力として検出可能となる。ここで、物体としてピッチの
既知な基準格子１０８を用いれば、変位による信号は図
１（ｃ）に示すようになり、信号とピッチ寸法から、基
準格子１０８或いは検出光学系の変位が測定可能とな
る。

【００２６】このように本実施例によれば、検出光学系
として変位量検出の最高分解能が高い微小開口型ＰＳＴ
Ｍを用いていることから、物体の変位を高精度で計測す
ることができる。しかも、ＰＳＴＭを同一基板に集積化
して形成しているので、極めて小型で作成が容易な変位
計測装置を安価に実現することができる。（実施例２）

【００２７】図３は、本発明の第２の実施例に係わる光
集積型変位計測装置の構成を示す断面図である。この実
施例は、第１の実施例とは異なり、反射型共振器ＰＳＴ
Ｍを検出光学系に用いたものである。以下、本図に基づ
いて本実施例における装置構成を説明する。

【００２８】検出光学系の断面構造は第１の実施例と基
本的に同様であるが、本実施例では反射型ＰＳＴＭを構
成するために、光源及び光検出器をそれぞれ２つずつ設
けている。

【００２９】半導体材料などからなる基板３０１にバッ
ファ層及び光導波路３１０からなる平面型光導波路構造
が形成されている。半導体レーザ等からなる第１の光源
３０４ａが、その両端から出射する光で光導波路３１０
の端面から光導波路３１０に導波光を励振させるように
設けられている。さらに、半導体レーザ等からなる第２
の光源３０４ｂが、光導波路３１０の別の端面から光導
波路３１０に導波光を励振させるように設けられてい
る。

【００３０】第１の光源３０４ａの一方の端面側の光導
波路３１０には、光源３０４ａからの光を平行光に変換
する導波路型コリメートレンズ３０５ａが設けられてい
る。光源３０４ａから出射されレンズ３０５ａにより平
行光に変換された光が導かれる光導波路３１０の端面に
は、微小開口３０６を有する反射膜３０９が設けられて
いる。さらに、光導波路３１０中には反射率をやや低め
にした反射膜３０２が設けられている。レンズ３０５ａ
と反射膜３０２との間には、２つの反射膜３０９，３０
２による共振器からの戻り光を分岐させるための導波路
型ビームスプリッタ３０３ａ（以下、ＢＳと略記する）
が設けられている。そして、ビームスプリッタ３０３ａ
で分岐された光が導かれる位置に第１の光検出器３０７
ａが設けられている。

【００３１】一方、第１の光源３０４ａの逆の端面側の
光導波路３１０には、コリメートレンズ３０５ｂとＢＳ
３０３ｂが設けられている。また、光導波路３１０には
光源３０４ｂによる導波光を平行光とするコリメートレ
ンズ３０５ｃが設けられており、第２の光源３０４ｂか
ら出射されレンズ３０５ｃにより平行光に変換された光
はＢＳ３０３ｂに導かれるようになっている。そして、
第２の光源３０４ｂによる導波光とＢＳ３０３ａを経由
した第１の光源３０４ａからの導波光が同時に受光でき
る位置に、第２の光検出器３０７ｂが設けられている。

【００３２】このように構成された検出光学系の微小開
口３０６に微小間隔を持って基準格子３０８が配置され
ている。勿論、変位を発生する部分に基準格子３０８、
或いは検出光学系のいずれかが固定されていることはい
うまでもない。上述の光導波路３１０、光源３０４ａ，
３０４ｂ、光検出器３０７ａ，３０７ｂ等からなる検出
光学系及び基準格子３０８は、従来の半導体素子形成技
術により容易に実現できる。

【００３３】次に、本実施例における作用を説明する。
第１の光源３０４ａから光導波路端面より導波光が励振
される。光源３０４ａの光は周波数が２つの反射膜３０
９，３０２による共振器の共振周波数に一致させるよう
に第１の検出器３０７ａの出力信号から制御する。光源
３０４ａからの発散光はコリメートレンズ３０５ａによ
り平行光となり２つの反射膜３０９，３０２により構成
される共振器に入射する。導波路端面に位置する反射膜
３０９に設けられた微小開口３０６から量子効果により
しみ出しているエバネッセント光が微小開口下部に位置
する基準格子３０８の変位によって摂動を受け、導波路
端面の反射膜３０９の複素反射率が変調させ、共振器の
共振周波数が変化する。このため、第１の光源３０４ａ
の周波数が変化する。この周波数の変化を、第２の光源
３０４ｂの光を参照光とすることにより、第２の検出器
３０７ｂの出力から測定できる。

【００３４】従って、結果的には第１の実施例と同様な
検出信号を得て、該信号と既知の基準格子３０８のピッ
チ寸法とにより、基準格子３０８或いは検出光学系の変
位を測定することが可能となる。本構成により、変位量
検出の最高分解能が高い計測装置であり、作成が容易
で、基板上に集積化が可能で、安価な計測装置が実現さ
れる。（実施例３）

【００３５】図４は、本発明の第３の実施例に係わる光
集積型変位計測装置を説明するためのもので、（ａ）は
装置構成を示す断面図、（ｂ）は検出信号波形図であ
る。この実施例では、２つのＰＳＴＭを同一基板上に配
置して検出光学系を構成するものである。以下、本図に
基づいて本実施例における装置構成を説明する。

【００３６】第１の実施例と同様な微小開口型ＰＳＴＭ
からなる変位検出光学系が、同一の基板上に２個集積さ
れている。ここで、４０１，４０３（403a，403b），４
０４（404a，404b），４０５（405a，405b），４０６
（406a，406b），４０７（407a，407b），４０８，４０
９は図１の１０１，１０３，１０４，１０５，１０６，
１０７，１０８，１０９にそれぞれ相当している。

【００３７】２つのＰＳＴＭの構成及び動作は第１の実
施例と同様である。それぞれのＰＳＴＭの検出器４０７
ａ，４０７ｂに他方の散乱光が入射するのを防ぐため
に、光導波路４０３を部分的に取り除いた溝４１１が設
けられている。２つのＰＳＴＭが互いの出力の位相差が
９０°となるように配置して検出光学系を構成する。

【００３８】このような構成であれば、検出器Ａ（４０
７ａ）の信号を基準として、基準格子４０８が同図上で
右に変位した場合の検出信号、左に変位した場合の検出
信号を示すと図４（ｂ）に示すようになる。従って、検
出器Ａの信号と検出器Ｂの信号の位相差における符号に
より、基準格子４０８の変位が同図上の左右どちらの方
向であるかが検出可能となる。

【００３９】なお、本実施例では変位検出光学系に第１
の実施例の微小開口型ＰＳＴＭを用いているが、第２の
実施例の反射共振器型ＰＳＴＭを用いることもできる。
また、本実施例では検出光学系を２つ設けるが、従来の
半導体素子製造技術を用いれば、このことによって作成
が複雑になることはない。本実施例によって、測定装置
の製造方法を複雑にすることなく、本位の方向を判定で
きる変位計測装置が実現する。（実施例４）

【００４０】第４の実施例、特にその基準格子の構成を
図５（ａ）に示す。本実施例では、凹凸型の格子と積層
膜型の格子を組み合わせて基準格子を構成する。以下、
本図に基づいて本実施例における装置構成を説明する。
また、その他の検出光学系は第１〜第３の実施例と同様
である。

【００４１】図５（ａ）に示すように、複数の格子でそ
の検出光学系に与える作用が異なる格子を、例えば格子
ベクトルを直交させて配置する。図５（ａ）では、凹凸
型の格子と、異なる屈折率を持つ格子材料５０１ａ，５
０１ｂの積層膜型の格子を用いて、凹凸型格子の格子ベ
クトル方向をｘ軸方向に、積層膜格子型の格子ベクトル
方向をｙ軸方向に取る。

【００４２】基準格子がｘ軸方向に変位した場合の信号
波形を図５（ｂ）に、ｙ軸方向に変位した場合のそれを
図５（ｃ）に、さらにｘｙ方向に変位した場合のそれを
図５（ｄ）に示す。これから明らかなように、本構成を
採用することによって、直交する２つの方向への変位を
判別することができる。つまり、被測定物の平面内の変
位を測定することが可能となる。

【００４３】なお、重ね合わせる格子の角度は上記９０
°に限られるものではなく、重ね合わせる格子の数も２
つに限られるものではない。さらに、重ね合わせる各格
子のピッチを異なるように設定することも可能である。（実施例５）

【００４４】第５の実施例、特にその基準格子の構成を
図６，図７に示す。本実施例では、基準格子を複数の格
子を重ね合わせて構成する。以下、本図に基づいて本実
施例における装置構成を説明する。また、その他の検出
光学系は第１〜第３の実施例と同様である。

【００４５】ＰＳＴＭは横方向の分解能だけではなく、
縦方向の分解能を持つ。従って、図６（ａ）に示すのよ
うに、第１の凹凸型の基準格子６０１の上に第２の基準
格子６０２を設け、これを検出することも可能である。
この第２の基準格子６０２を適当なピッチ、特に基礎と
なる最短ピッチに設定した第１の基準格子６０１より大
きなピッチに設定し、同図に併記する信号を得ることに
より、第２の基準格子６０１を変位計測の基準点とする
ことができる。

【００４６】また、図６（ａ）及び図７（ａ）（ｂ）に
示すように、異なる屈折率の格子材料６０３，６０４を
用いて基準格子を構成し、第１の基準格子を凹凸型とし
て、２つの膜による積層膜型格子を第２の基準格子とし
て、積層膜の一方が１つおきに凹む部分或いは凸の部分
に対応するように設ける。この構成により同図に併記す
る信号を得て、これによって変位の方向をも判定するこ
とができる。本実施例の構成により、検出光学系を複雑
にすることなく、変位の測定に基準点を設けることがで
き、さらに変位の方向が判定できる。

【００４７】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、光源として半導体レー
ザを用いたが、基板上に集積できるものであればよく、
発光ダイオード，その他の半導体発光素子を用いること
も可能である。さらに、光検出器としてはフォトダイオ
ード，その他の半導体受光素子を用いることが可能であ
る。また、基板材料や格子材料は仕様に応じて適宜選択
すればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、変
位検出光学系として変位量検出の最高分解能が高いＰＳ
ＴＭを用い、このＰＳＴＭを構成する要素としての平面
型光導波路，半導体発光素子，光検出器及び反射膜等を
同一基板上に集積化して形成しているので、マイクロマ
シン等の可動部の微小変位を最高分解能が数ｎｍ程度の
高精度で計測することができ、かつその測定系の構成が
小さく、基板上に集積可能で作成が容易な光集積型変位
計測装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる微小開口型ＰＳＴＭを用
いた光集積型変位計測装置の構成及び光検出器の出力信
号を示す図。

【図２】第１の実施例に用いた基準格子の具体的構成を
示す図。

【図３】第２の実施例に係わる反射型共振器ＰＳＴＭを
用いた光集積型変位計測装置の構成を示す図。

【図４】第３の実施例に係わる２つの微小開口型ＰＳＴ
Ｍを用いた光集積型変位計測装置の構成と光検出器の出
力信号を示す図。

【図５】第４の実施例に用いた基準格子の構成及び光検
出器の出力信号を示す図。

【図６】第５の実施例に用いた基準格子の構成及び光検
出器の出力信号を示す図。

【図７】第６の実施例に用いた基準格子の構成及び光検
出器の出力信号を示す図。

【図８】従来の半導体レーザを用いた変位計測装置の構
成を示す図。

【図９】従来のレーザ干渉計による変位計測装置の一部
を集積したものを示す図。

【符号の説明】

１０１，３０１，４０１…基板１０２…バッファ層１０３，３１０…光導波路１０４，３０４，４０４…光源１０５，３０５，４０５…導波路型コリメートレンズ１０６，３０６，４０６…微小開口１０７，３０７，４０７…光検出器１０８，３０８，４０８…基準格子１０９，３０９，４０９…反射膜２０１，２０２，５０１，５０２…格子材料３０２…低反射率の反射膜３０３…導波路型ビームスプリッタ３０８…基準格子４１１…溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小開口からのエバネッセント光のパワー
又は周波数シフト量を測定するフォトン走査トンネル顕
微鏡を検出光学系とし、このフォトン走査トンネル顕微
鏡の微小開口に所定の周期構造を持つ基準格子を微小距
離隔てて配置し、これらフォトン走査トンネル顕微鏡と
基準格子との相対変位を計測する変位計測装置におい
て、前記フォトン走査トンネル顕微鏡は、前記微小開口を有
する光反射膜と、この光反射膜の前記基準格子とは反対
側に配置された平面型光導波路と、この光導波路に光結
合されて前記微小開口に光を照射する半導体発光素子
と、前記光導波路に光結合されて前記微小開口からのエ
バネッセント光を検出する光検出器とからなり、かつ前
記光反射膜，半導体発光素子，光導波路及び光検出器を
同一基板に集積してなることを特徴とする光集積型変位
計測装置。