JPH08247714A - Displacement measuring instrument - Google Patents

Displacement measuring instrument

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Publication number
JPH08247714A
JPH08247714A JP7079642A JP7964295A JPH08247714A JP H08247714 A JPH08247714 A JP H08247714A JP 7079642 A JP7079642 A JP 7079642A JP 7964295 A JP7964295 A JP 7964295A JP H08247714 A JPH08247714 A JP H08247714A
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JP
Japan
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light
grating coupler
beam splitter
waveguide
condensing
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Pending
Application number
JP7079642A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH08247714A publication Critical patent/JPH08247714A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide an inexpensive displacement measuring instrument the optical system of which can be reduced in size and weight and does not require any optical axis adjustment, the substrate of which does not require any special machine work, and then, the bulk optical element of which does not required any lens for condensing light and which has a large tolerance against manufacturing errors. CONSTITUTION: Optical waveguides 22 and 25, waveguide type beam splitters 23 and 26, and light condensing grating couplers 24 and 27 are respectively formed on the front and rear surfaces of a substrate 21. Light rays emitted from light sources 28 and 29 are respectively condensed to points C and D in a free space on the front surface side of the substrate 21 through the couplers 24 and 27 after the light rays are guided through the waveguides 22 and 25. Reflected light rays from a surface to be detected respectively return to the couplers 24 and 27 and are led to photodetectors 30 and 31 through the beam splitters 23 and 26. The difference between the detecting signals of the photodetectors 30 and 31 is obtained from a differential amplifier 32.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路デバイスを用
いた変位計測装置に関するものであり、例えば、光ディ
スク等のフォーカスエラー検出装置等として用いること
ができるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring device using an optical waveguide device, and can be used as, for example, a focus error detecting device for an optical disk or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信、光計測の分野で光導波路
デバイスが注目されている。その理由は光導波路デバイ
スを用いることによって、光学系の小型、軽量化を図る
ことができ、また、光軸の調整が不要になるという利点
を有しているからである。
2. Description of the Related Art In recent years, optical waveguide devices have attracted attention in the fields of optical communication and optical measurement. The reason is that the use of the optical waveguide device has the advantages that the size and weight of the optical system can be reduced and the adjustment of the optical axis becomes unnecessary.

【0003】光導波路デバイスの応用の1つとして、図
5に示す光ディスクピックアップが提案されている(裏
他、電子通信学会論文誌、(C),J69−C,5,p
p.609,1986)。
As one of the applications of the optical waveguide device, an optical disk pickup shown in FIG. 5 has been proposed (Ura et al., IEICE Transactions, (C), J69-C, 5, p.
p. 609, 1986).

【0004】この光ディスクピックアップでは、図5に
示すように、Si基板1の表面にSiO2バッファ層2
を介して導波層3が形成されており、該導波層3がスラ
ブ導波路を構成している。このスラブ導波路の一部に、
集光グレーティングカプラ4、ツイングレーティング集
光ビームスプリッタ5及びフォトダイオード6〜9が形
成されている。基板1の端部には、導波層3内に2次元
の発散導波光を供給する半導体レーザ10が設けられて
いる。
In this optical disc pickup, as shown in FIG. 5, the SiO 2 buffer layer 2 is formed on the surface of the Si substrate 1.
The waveguide layer 3 is formed via the above, and the waveguide layer 3 constitutes a slab waveguide. In a part of this slab waveguide,
The condensing grating coupler 4, the twining condensing beam splitter 5, and the photodiodes 6 to 9 are formed. A semiconductor laser 10 that supplies two-dimensional divergent guided light into the waveguide layer 3 is provided at the end of the substrate 1.

【0005】半導体レーザ10からの発散導波光は、導
波層3を導波し、ツイングレーティング集光ビームスプ
リッタ5を介して、集光グレーティングカプラ4に供給
される。集光グレーティングカプラ4は、この光を光デ
ィスク11の面上(すなわち、基板1の表面の側の自由
空間の一点)に集光するとともに、光ディスク11から
の反射光を逆結合により再び導波路内に導く。集光グレ
ーティングカプラ4に隣接するツイングレーティング集
光ビームスプリッタ5は、透過型ブラッググレーティン
グであり、戻り光の波面を2分割し、光軸を偏向で分離
し、弱いレンズ作用で2つの検出点A,Bに集光する。
このように、ツイングレーティング集光ビームスプリッ
タ5は、波面分割、偏向及び集光の機能を有している。
フォトダイオード6,7は検出点Aの両側に設けられ、
フォトダイオード8,9はもう1つの検出点Bの両側に
設けられている。
The divergent guided light from the semiconductor laser 10 is guided through the waveguiding layer 3 and is supplied to the condensing grating coupler 4 via the towing grating condensing beam splitter 5. The condensing grating coupler 4 condenses this light on the surface of the optical disk 11 (that is, at one point in the free space on the surface side of the substrate 1), and reflects the reflected light from the optical disk 11 in the waveguide again by inverse coupling. Lead to. The twining condensing beam splitter 5 adjacent to the condensing grating coupler 4 is a transmission Bragg grating, which divides the wavefront of the returning light into two parts, separates the optical axis by deflection, and uses the weak lens action to detect two detection points A. , B is focused.
As described above, the twing grating focusing beam splitter 5 has the functions of wavefront division, deflection and light focusing.
The photodiodes 6 and 7 are provided on both sides of the detection point A,
The photodiodes 8 and 9 are provided on both sides of the other detection point B.

【0006】図5に示す光ディスクピックアップのフォ
ーカスエラー検出は、フーコー法の原理によるものであ
る。光ディスク11が遠方にずれると戻り光が検出点前
方に集光されるので内側のフォトダイオード7,8に大
きな光電流が流れ、光ディスク11が近方にずれると戻
り光が検出点後方に集光されるので外側のフォトダイオ
ード6,9に大きな光電流が流れることから、内側のフ
ォトダイオード7,8の光電流と外側のフォトダイオー
ド6,9の光電流との差をとることによって、フォーカ
スエラー検出信号を得るものである。なお、フォーカス
エラー検出は、光ディスク11の変位を検出しているこ
とになり、この機能に着目すれば、この光ディスクピッ
クアップは変位計測装置として捉えることができる。
The focus error detection of the optical disc pickup shown in FIG. 5 is based on the principle of the Foucault method. When the optical disk 11 shifts far away, the return light is focused in front of the detection point, so a large photocurrent flows through the inside photodiodes 7 and 8. When the optical disk 11 shifts near, the return light is focused behind the detection point. Since a large photocurrent flows through the outer photodiodes 6 and 9, the difference between the photocurrent of the inner photodiodes 7 and 8 and the photocurrent of the outer photodiodes 6 and 9 causes a focus error. A detection signal is obtained. It should be noted that the focus error detection means that the displacement of the optical disc 11 is detected, and if this function is focused, this optical disc pickup can be regarded as a displacement measuring device.

【0007】なお、図5に示す光ディスクピックアップ
の読み出し信号は、4個のフォトダイオード6〜9の光
電流の和をとることによって得られる。また、トラッキ
ング誤差検出は、プッシュプル法の原理によるものであ
り、誤差がなければ半導体レーザ10と集光グレーティ
ングカプラ4とを結ぶ線に関して対称関係にあるフォト
ダイオードには等量の光電流が流れるが、誤差発生によ
り光波の対称性が崩れるため、対称フォトダイオードの
光電流の差をとることにより誤差信号が得られる。
The read signal of the optical disk pickup shown in FIG. 5 is obtained by taking the sum of the photocurrents of the four photodiodes 6-9. Further, the tracking error detection is based on the principle of the push-pull method, and if there is no error, an equal amount of photocurrent flows through the photodiode that is symmetrical with respect to the line connecting the semiconductor laser 10 and the focusing grating coupler 4. However, since the symmetry of the light wave is broken due to the error occurrence, the error signal can be obtained by taking the difference of the photocurrents of the symmetric photodiodes.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記従来の光ディスク
ピックアップは、光学系の小型、軽量化を図ることがで
きるとともに光軸の調整が不要になり、また、基板に対
して特別な機械加工を行う必要がないとともに、光を集
光するためのバルク光学素子によるレンズが不要とな
り、優れたものであった。
The above-mentioned conventional optical disk pickup can reduce the size and weight of the optical system, does not require the adjustment of the optical axis, and specially processes the substrate. It was excellent because it was not necessary and a lens by a bulk optical element for condensing light was unnecessary.

【0009】しかしながら、前記従来の光ディスクピッ
クアップでは、前述したように、フォーカスエラー検出
がフーコー法の原理によるものであるため、検出点A,
Bに対するフォトダイオード6〜9の配置を厳密に行わ
なければならない。このため、製造時の精度が厳しく、
高価なものになってしまう。
However, in the conventional optical disc pickup, as described above, the focus error detection is based on the principle of the Foucault method.
The photodiodes 6 to 9 with respect to B must be arranged strictly. For this reason, the precision during manufacturing is strict,
It becomes expensive.

【0010】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、光学系の小型、軽量化を図ることができると
ともに光軸の調整が不要になり、また、基板に対して特
別な機械加工を行う必要がないとともに、光を集光する
ためのバルク光学素子によるレンズが不要となり、しか
も、製造時の誤差の許容範囲が大きく、安価な変位計測
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to reduce the size and weight of an optical system, eliminate the need for adjusting the optical axis, and use a special machine for a substrate. It is an object of the present invention to provide an inexpensive displacement measurement device that does not require processing, does not require a lens by a bulk optical element for condensing light, has a large allowable range of errors during manufacturing, and is inexpensive.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第1の態様による変位計測装置は、基板
と、該基板の表面に形成された第1の光導波路、第1の
導波型ビームスプリッタ及び第1の集光グレーティング
カプラと、前記基板の裏面に形成された第2の光導波
路、第2の導波型ビームスプリッタ及び第2の集光グレ
ーティングカプラと、前記第1の光導波路内に第1の光
束を供給する第1の光供給手段と、前記第2の光導波路
内に第2の光束を供給する第2の光供給手段と、第1及
び第2の光検出器と、前記第1の光検出器の検出信号と
前記第2の光検出器の検出信号との差を求める差動演算
手段と、を備えたものである。前記第1の光導波路は、
前記第1の光供給手段により供給された前記第1の光束
を前記第1の導波型ビームスプリッタに導く。前記第1
の導波型ビームスプリッタは、前記第1の光導波路によ
り導かれた前記第1の光束を前記第1の集光グレーティ
ングカプラに供給する。前記第1の集光グレーティング
カプラは、供給された第1の光束を前記基板の前記表面
の側の自由空間の第1の点に集光するように出射させる
とともに、当該第1の光束に基づく出射光による被検面
からの反射光を前記第1の導波型ビームスプリッタに供
給する。前記第1の導波型ビームスプリッタは、前記第
1の集光グレーティングカプラから供給された反射光の
一部を前記第1の光導波路を介して前記第1の光検出器
に導く。前記第2の光導波路は、前記第2の光供給手段
により供給された前記第2の光束を前記第2の導波型ビ
ームスプリッタに導く。前記第2の導波型ビームスプリ
ッタは、前記第2の光導波路により導かれた前記第2の
光束を前記第2の集光グレーティングカプラに供給す
る。前記第2の集光グレーティングカプラは、供給され
た第2の光束を前記基板の前記表面の側の自由空間の、
前記第1の点と異なる第2の点に集光するように出射さ
せるとともに、当該第2の光束に基づく出射光による前
記被検面からの反射光を前記第2の導波型ビームスプリ
ッタに供給する。前記第2の導波型ビームスプリッタ
は、前記第2の集光グレーティングカプラから供給され
た反射光の一部を前記第2の光導波路を介して前記第2
の光検出器に導く。前記第1の集光グレーティングカプ
ラによる集光光軸及び前記第2の集光グレーティングカ
プラによる集光光軸は、実質的に一致するか又は実質的
に平行である。前記基板は、前記第2の光束による前記
出射光及び前記反射光に関して透光性を有する。
In order to solve the above-mentioned problems, a displacement measuring apparatus according to a first aspect of the present invention is directed to a substrate, a first optical waveguide formed on the surface of the substrate, and a first conductor. A wave-type beam splitter and a first condensing grating coupler, a second optical waveguide formed on the back surface of the substrate, a second waveguide type beam splitter and a second condensing grating coupler, and the first First light supply means for supplying a first light flux into the optical waveguide, second light supply means for supplying a second light flux into the second optical waveguide, and first and second light detection And differential operation means for obtaining the difference between the detection signal of the first photodetector and the detection signal of the second photodetector. The first optical waveguide is
The first light flux supplied by the first light supply means is guided to the first waveguide beam splitter. The first
Of the waveguide type beam splitter supplies the first light flux guided by the first optical waveguide to the first focusing grating coupler. The first condensing grating coupler emits the supplied first light flux so as to condense it at a first point in a free space on the side of the surface of the substrate and is based on the first light flux. The reflected light from the surface to be inspected by the emitted light is supplied to the first waveguide type beam splitter. The first waveguide beam splitter guides a part of the reflected light supplied from the first condensing grating coupler to the first photodetector via the first optical waveguide. The second optical waveguide guides the second light flux supplied by the second light supply means to the second waveguide beam splitter. The second waveguide beam splitter supplies the second light flux guided by the second optical waveguide to the second focusing grating coupler. The second condensing grating coupler transmits the supplied second light flux to a free space on the surface side of the substrate,
The light is emitted so as to be condensed at a second point different from the first point, and the reflected light from the surface to be inspected by the emitted light based on the second light flux is directed to the second waveguide beam splitter. Supply. The second guided beam splitter splits a part of the reflected light supplied from the second focusing grating coupler into the second waveguide through the second optical waveguide.
Lead to the photo detector. The light collecting optical axis of the first light collecting grating coupler and the light collecting optical axis of the second light collecting grating coupler are substantially coincident with or substantially parallel to each other. The substrate is transparent to the emitted light and the reflected light of the second light flux.

【0012】本発明の第2の態様による変位計測装置
は、前記第1の態様による変位計測装置において、前記
第1の集光グレーティングカプラが前記第2の光束に基
づく光と実質的に結合せず、前記第2の集光グレーティ
ングカプラが前記第1の光束に基づく光と実質的に結合
しないものである。
A displacement measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to the first aspect, wherein the first focusing grating coupler is substantially coupled with the light based on the second light flux. The second condensing grating coupler does not substantially combine with the light based on the first light flux.

【0013】本発明の第3の態様による変位計測装置
は、前記第2の態様による変位計測装置において、前記
第1の光供給手段により供給される前記第1の光束及び
前記第2の光供給手段により供給される前記第2の光束
が、互いに偏光方向の異なる直線偏光であるものであ
る。
A displacement measuring apparatus according to a third aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to the second aspect, wherein the first light flux and the second light supply supplied by the first light supply means are provided. The second light flux supplied by the means is linearly polarized light having different polarization directions.

【0014】本発明の第4の態様による変位計測装置
は、前記第2の態様による変位計測装置において、前記
第1の光供給手段により供給される前記第1の光束の波
長と、前記第2の光供給手段により供給される前記第2
の光束の波長とが、異なるものである。
A displacement measuring apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to the second aspect, wherein the wavelength of the first luminous flux supplied by the first light supply means and the second The second supplied by the light supply means of
Is different from the wavelength of the luminous flux.

【0015】本発明の第5の態様による変位計測装置
は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による変位計測
装置において、前記第1の導波型ビームスプリッタ及び
前記第1の集光グレーティングカプラが隣接して配置さ
れ、前記第2の導波型ビームスプリッタ及び前記第2の
集光グレーティングカプラが隣接して配置されたもので
ある。
A displacement measuring apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first waveguide type beam splitter and the first condensing grating are used. A coupler is arranged adjacent to each other, and the second waveguide type beam splitter and the second condensing grating coupler are arranged adjacent to each other.

【0016】本発明の第6の態様による変位計測装置
は、前記第1乃至5のいずれかの態様による変位計測装
置において、前記第1の導波型ビームスプリッタが、前
記第1の集光グレーティングカプラから供給された前記
反射光の前記一部を前記第1の光検出器に対して集光さ
せ、前記第2の導波型ビームスプリッタが、前記第2の
集光グレーティングカプラから供給された前記反射光の
前記一部を前記第2の光検出器に対して集光させるもの
である。
A displacement measuring apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first waveguide type beam splitter is the first condensing grating. The part of the reflected light supplied from the coupler is focused on the first photodetector, and the second waveguide type beam splitter is supplied from the second focusing grating coupler. The part of the reflected light is focused on the second photodetector.

【0017】本発明の第7の態様による変位計測装置
は、前記第1乃至第6のいずれかの態様による変位計測
装置において、前記第1の光供給手段が前記基板の一方
端部側に設けられ、前記第2の光供給手段が前記基板の
他方端部側に設けられたものである。
A displacement measuring apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the displacement measuring apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first light supply means is provided on one end side of the substrate. The second light supply means is provided on the other end side of the substrate.

【0018】[0018]

【作用】本発明の第1乃至第7の態様による変位計測装
置によれば、前記第1及び第2の点の付近に被検面が配
置される。
According to the displacement measuring apparatus according to the first to seventh aspects of the present invention, the surface to be inspected is arranged in the vicinity of the first and second points.

【0019】第1の光供給手段により供給された第1の
光束は、第1の光導波路及び第1の導波型ビームスプリ
ッタを介して第1の集光グレーティングカプラに導か
れ、該第1の集光グレーティングカプラにより基板の表
面の側の自由空間の第1の点に集光するように出射させ
られる。この第1の光束に基づく出射光による前記被検
面からの反射光は、第1の集光グレーティングカプラに
より再び第1の導波型ビームスプリッタに供給され、該
第1の導波型ビームスプリッタにより第1の光導波路を
介して第1の光検出器に導かれ、該第1の光検出器によ
り検出される。したがって、被検面が前記第1の点にあ
れば、第1の集光グレーティングカプラに戻る反射光の
光量が最も大きくなって第1の光検出器の検出信号が最
も大きくなり、被検面が前記第1の点から第1の集光グ
レーティングカプラによる集光光軸の方向にずれるほ
ど、第1の集光グレーティングカプラに戻る反射光の光
量が小さくなって第1の光検出器の検出信号が小さくな
る。
The first light beam supplied by the first light supply means is guided to the first condensing grating coupler through the first optical waveguide and the first waveguide type beam splitter, and the first light collecting grating coupler is connected. It is emitted so as to be condensed at the first point in the free space on the surface side of the substrate by the condensing grating coupler. The reflected light from the surface to be inspected, which is the emitted light based on the first light flux, is again supplied to the first waveguide type beam splitter by the first focusing grating coupler, and the first waveguide type beam splitter. Is guided to the first photodetector via the first optical waveguide and detected by the first photodetector. Therefore, if the surface to be inspected is at the first point, the amount of reflected light returning to the first condensing grating coupler becomes the largest and the detection signal of the first photodetector becomes the largest, Is shifted from the first point in the direction of the converging optical axis by the first condensing grating coupler, the amount of reflected light returning to the first condensing grating coupler becomes smaller, and the detection by the first photodetector becomes smaller. The signal becomes smaller.

【0020】同様に、第2の光供給手段により供給され
た第2の光束は、第2の光導波路及び第2の導波型ビー
ムスプリッタを介して第2の集光グレーティングカプラ
に導かれ、該第2の集光グレーティングカプラにより基
板の表面の側の自由空間の第2の点に集光するように出
射させられる。この第2の光束に基づく出射光による前
記被検面からの反射光は、第2の集光グレーティングカ
プラにより再び第2の導波型ビームスプリッタに供給さ
れ、該第2の導波型ビームスプリッタにより第2の光導
波路を介して第2の光検出器に導かれ、該第2の光検出
器により検出される。したがって、被検面が前記第2の
点にあれば、第2の集光グレーティングカプラに戻る反
射光の光量が最も大きくなって第2の光検出器の検出信
号が最も大きくなり、被検面が前記第2の点から第2の
集光グレーティングカプラによる集光光軸の方向(この
方向は、第1及び第2の集光グレーティングカプラによ
る集光光軸は互いに実質的に一致するか又は実質的に平
行であるので、第1の集光グレーティングカプラによる
集光光軸の方向と実質的に同一である。)にずれるほ
ど、第2の集光グレーティングカプラに戻る反射光の光
量が小さくなって第2の光検出器の検出信号が小さくな
る。
Similarly, the second light flux supplied by the second light supply means is guided to the second focusing grating coupler via the second optical waveguide and the second waveguide type beam splitter, The second condensing grating coupler emits the light so as to condense it at a second point in the free space on the surface side of the substrate. The reflected light from the surface to be inspected by the emitted light based on the second light flux is supplied again to the second waveguide type beam splitter by the second condensing grating coupler, and the second waveguide type beam splitter is provided. Is guided to the second photodetector via the second optical waveguide and detected by the second photodetector. Therefore, when the surface to be inspected is at the second point, the amount of reflected light returning to the second condensing grating coupler becomes the largest and the detection signal of the second photodetector becomes the largest, From the second point to the direction of the light collecting optical axis of the second light collecting grating coupler (in this direction, the light collecting optical axes of the first and second light collecting grating couplers substantially coincide with each other, or Since the light beams are substantially parallel to each other, the light amount of the reflected light returning to the second condensing grating coupler becomes smaller as the deviation from the direction of the condensing optical axis by the first condensing grating coupler occurs. Then, the detection signal of the second photodetector becomes small.

【0021】したがって、前記第1の点と前記第2の点
とは異なることから、第1の光検出器の検出信号と第2
の光検出器の検出信号との差、すなわち、差動演算手段
の出力が被検面の前記集光光軸方向の変位量(又は位
置)を示すことになる。
Therefore, since the first point and the second point are different from each other, the detection signal of the first photodetector and the second signal are detected.
The difference from the detection signal of the photodetector, that is, the output of the differential calculation means indicates the displacement amount (or position) of the surface to be inspected in the direction of the converging optical axis.

【0022】本発明の第1乃至第7の態様による変位計
測装置は、このような原理によるものであり、前記従来
の光ディスクピックアップと異なりフーコー法の原理に
よるものではないので、第1及び第2の光検出器は、そ
れぞれ第1及び第2の導波型ビームスプリッタからの戻
り光(その一部でも可)を単に受光すれば被検面の変位
量を得ることができる。したがって、前記従来の光ディ
スクピックアップと異なり、第1及び第2の光検出器の
配置を厳密に行う必要がなく、製造時の精度はさほど要
求されず、安価になる。
The displacement measuring apparatus according to the first to seventh aspects of the present invention is based on such a principle and is not based on the principle of the Foucault method unlike the conventional optical disk pickup described above. The photodetector can obtain the amount of displacement of the surface to be inspected by simply receiving the return light (or part of it) from the first and second waveguide beam splitters. Therefore, unlike the above-mentioned conventional optical disk pickup, it is not necessary to strictly arrange the first and second photodetectors, accuracy in manufacturing is not required so much, and the cost is low.

【0023】そして、本発明の第1乃至第7の態様によ
る変位計測装置では、基板に対して、第1及び第2の光
導波路、第1及び第2の導波型ビームスプリッタ、第1
及び第2の集光グレーティングカプラが形成されている
ので、光学系の小型、軽量化を図ることができるととも
に光軸の調整が不要になり、また、基板に対して特別な
機械加工を行う必要がないとともに、光を集光するため
のバルク光学素子によるレンズが不要となる。
In the displacement measuring device according to the first to seventh aspects of the present invention, the first and second optical waveguides, the first and second waveguide type beam splitters, and the first and second optical waveguides are provided with respect to the substrate.
Since the second condensing grating coupler is formed, the size and weight of the optical system can be reduced, the optical axis need not be adjusted, and special machining is required for the substrate. In addition, there is no need for a lens with a bulk optical element for collecting light.

【0024】ところで、前記第1の集光グレーティング
カプラが前記第2の光束に基づく光(特に、第2の集光
グレーティングカプラからの出射光やこの出射光による
被検面からの反射光)と結合したり、前記第2の集光グ
レーティングカプラは前記第1の光束に基づく光(特
に、第1の集光グレーティングカプラからの出射光やこ
の出射光による被検面からの反射光)と結合したりする
と、それらの結合した光がノイズ成分となってしまう。
By the way, the first condensing grating coupler produces light based on the second light flux (especially, the light emitted from the second condensing grating coupler and the reflected light from the surface to be inspected by the emitted light). The second condensing grating coupler couples with the light based on the first luminous flux (especially, the emitted light from the first condensing grating coupler and the reflected light from the surface to be inspected by the emitted light). If so, the combined light becomes a noise component.

【0025】そこで、このようなノイズを防止するた
め、本発明の第2の態様のように、第1の集光グレーテ
ィングカプラが第2の光束に基づく光と実質的に結合せ
ず、第2の集光グレーティングカプラが前記第1の光束
に基づく光と実質的に結合しないことが、好ましい。具
体的には、本発明の第3の態様のように第1の光束及び
第2の光束を互いに偏光方向の異なる直線偏光にした
り、あるいは、本発明の第4の態様のように第1の光束
及び第2の光束を互いに異なる波長の光にしたりすれば
よい。
Therefore, in order to prevent such noise, as in the second aspect of the present invention, the first focusing grating coupler does not substantially combine with the light based on the second luminous flux, and the second It is preferable that the condensing grating coupler of is not substantially coupled with the light based on the first luminous flux. Specifically, as in the third aspect of the present invention, the first light flux and the second light flux are made into linearly polarized light having different polarization directions, or as in the fourth aspect of the present invention. The light flux and the second light flux may be lights having different wavelengths.

【0026】また、本発明の第5の態様のように、第1
の導波型ビームスプリッタ及び第1の集光グレーティン
グカプラを隣接して配置し、第2の導波型ビームスプリ
ッタ及び第2の集光グレーティングカプラを隣接して配
置しておけば、一層小型化を図ることができるので、好
ましい。もっとも、本発明では、これらは必ずしも隣接
して配置しなくてもよい。
Further, as in the fifth aspect of the present invention, the first
If the waveguide type beam splitter and the first condensing grating coupler are arranged adjacent to each other, and the second waveguide type beam splitter and the second condensing grating coupler are arranged adjacent to each other, further miniaturization is achieved. This is preferable because it can be achieved. However, in the present invention, these do not necessarily have to be arranged adjacent to each other.

【0027】本発明では、各戻り光が各光検出器に対し
て集光せずに各光検出器が各戻り光の一部のみを受光し
てもよいが、その場合には各光検出器の受光光量が低下
しSN比が低下する。そこで、本発明の第6の態様のよ
うに、各導波型ビームスプリッタが各戻り光を各光検出
器に対して集光させる機能を有していることが、好まし
い。
In the present invention, each return light may not be focused on each photodetector and each photodetector may receive only a part of each return light, but in that case, each photodetection is performed. The amount of light received by the device decreases and the SN ratio decreases. Therefore, as in the sixth aspect of the present invention, it is preferable that each waveguide beam splitter has a function of condensing each return light to each photodetector.

【0028】さらに、本発明では、前記基板の種類を適
宜選択することにより前記基板上に第1及び第2の光供
給手段を形成することもできるが、前記基板の外側に第
1及び第2の光供給手段を設ける場合には、本発明の第
7の態様のように、第1の光供給手段を記基板の一方端
部側に設けるとともに第2の光供給手段を基板の他方端
部側に設けると、第1及び第2の光供給手段が互いにぶ
つかることなく、コンパクトに構成することができるの
で、好ましい。
Further, in the present invention, the first and second light supply means can be formed on the substrate by appropriately selecting the type of the substrate, but the first and second light supply means are provided outside the substrate. In the case of providing the second light supply means, as in the seventh aspect of the present invention, the first light supply means is provided on the one end side of the substrate and the second light supply means is provided on the other end side of the substrate. It is preferable to provide it on the side, because the first and second light supply means can be made compact without hitting each other.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明の一実施例による変位計測装置
について、図1乃至図3を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0030】図1は、本実施例による変位計測装置の概
略斜視図である。図2は、図1中のII−II線に沿っ
た概略断面図である。図3は、本実施例による変位計測
装置の使用状態を示す概略断面図であり、図2に対応す
る概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a displacement measuring device according to this embodiment. FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a usage state of the displacement measuring apparatus according to the present embodiment, and is a schematic sectional view corresponding to FIG.

【0031】これらの図面に示すように、本実施例によ
る変位計測装置は、基板21と、該基板21の表面に形
成された第1の光導波路22、第1の導波型ビームスプ
リッタ23及び第1の集光グレーティングカプラ24
と、基板21の裏面に形成された第2の光導波路25、
第2の導波型ビームスプリッタ26及び第2の集光グレ
ーティングカプラ27と、第1の光導波路22内に第1
の光束を供給する第1の光供給手段としての半導体レー
ザ等の第1の光源28と、第2の光導波路25内に第2
の光束を供給する第2の光供給手段としての半導体レー
ザ等の第2の光源29と、フォトダイオード等の第1及
び第2の光検出器30,31と、第1の光検出器30の
検出信号と第2の光検出器31の検出信号との差を求め
る差動演算手段としての差動増幅器32と、を備えてい
る。
As shown in these drawings, the displacement measuring apparatus according to this embodiment includes a substrate 21, a first optical waveguide 22 formed on the surface of the substrate 21, a first waveguide type beam splitter 23, and First condensing grating coupler 24
And a second optical waveguide 25 formed on the back surface of the substrate 21,
The second waveguide type beam splitter 26, the second condensing grating coupler 27, and the first optical waveguide 22 have the first optical waveguide 22.
A first light source 28 such as a semiconductor laser as a first light supply means for supplying a light flux of
Of the second light source 29 such as a semiconductor laser as the second light supply means for supplying the light flux of the second light source, the first and second photodetectors 30 and 31 such as photodiodes, and the first photodetector 30. And a differential amplifier 32 as a differential calculation means for obtaining the difference between the detection signal and the detection signal of the second photodetector 31.

【0032】第1の光導波路22は、第1の光源28に
より供給された第1の光束(本実施例では発散導波光)
を第1の導波型ビームスプリッタ23に導くとともに、
第1の導波型ビームスプリッタ23からの後述する戻り
光を第1の光検出器30に導く。同様に、第2の光導波
路25は、第2の光源29により供給された第2の光束
(本実施例では発散導波光)を第2の導波型ビームスプ
リッタ26に導くとともに、第2の導波型ビームスプリ
ッタ26からの後述する戻り光を第2の光検出器31に
導く。なお、第1及び第2の光導波路22,25は、基
板21の表面及び裏面の全面に形成された導波層で構成
され、スラブ導波路となっている。
The first optical waveguide 22 is the first light flux (divergent guided light in this embodiment) supplied from the first light source 28.
Is guided to the first waveguide type beam splitter 23,
Return light described later from the first waveguide type beam splitter 23 is guided to the first photodetector 30. Similarly, the second optical waveguide 25 guides the second light flux (divergent guided light in this embodiment) supplied from the second light source 29 to the second waveguide type beam splitter 26, and The return light described later from the waveguide beam splitter 26 is guided to the second photodetector 31. The first and second optical waveguides 22 and 25 are slab waveguides, which are composed of waveguide layers formed on the entire front and back surfaces of the substrate 21.

【0033】基板21は、前記第2の光束による第2の
集光グレーティングカプラ27からの後述する第2の点
Dへの出射光及び該出射光による被検面33からの反射
光(戻り光)に関して、透光性を有する材料を用いて構
成される。例えば、基板21の材料としては、ポリマー
や、ガラスや、LiNbO3(ニオブ酸リチウム)単結
晶のような誘電体結晶や、Siのような半導体や、Ga
Asのような化合物半導体を用いても良い。Siを用い
た場合には光検出器30,31を基板21に集積でき
る。GaAsのような化合物半導体を用いた場合には、
光源28,29と光検出器30,31を基板21に集積
できる。例えば、LiNbO3の透過波長域は0.4〜
5μm、LiTaO3(タンタル酸リチウム)の透過波
長域は0.45〜5μm、Siの透過波長域は1.2〜
10μm、GaAsの透過波長域は0.9〜16μm、
InPの透過波長域は1〜14μm、SiO2の透過波
長域は0.12〜4.5μm、パイレックスガラス(商
品名)の透過波長域は0.28〜4.5μm、ソーダガ
ラスの透過波長域は0.44〜3.4μmであるので、
これらの材料を基板21の材料とした場合には、第2の
光源29として、対応する透過波長域内の波長の光を前
記第2の光束として発生するものを用いればよい。
The substrate 21 emits light to the second point D, which will be described later, from the second condensing grating coupler 27 by the second light flux and reflected light (return light) from the surface 33 to be detected by the emitted light. ), A material having a light-transmitting property is used. For example, the material of the substrate 21 is a polymer, glass, a dielectric crystal such as LiNbO 3 (lithium niobate) single crystal, a semiconductor such as Si, or Ga.
A compound semiconductor such as As may be used. When Si is used, the photodetectors 30 and 31 can be integrated on the substrate 21. When a compound semiconductor such as GaAs is used,
The light sources 28 and 29 and the photodetectors 30 and 31 can be integrated on the substrate 21. For example, the transmission wavelength range of LiNbO 3 is 0.4 to
5 μm, the transmission wavelength range of LiTaO 3 (lithium tantalate) is 0.45 to 5 μm, and the transmission wavelength range of Si is 1.2 to
10 μm, the transmission wavelength range of GaAs is 0.9 to 16 μm,
The transmission wavelength range of InP is 1 to 14 μm, the transmission wavelength range of SiO 2 is 0.12 to 4.5 μm, the transmission wavelength range of Pyrex glass (trade name) is 0.28 to 4.5 μm, the transmission wavelength range of soda glass Is 0.44 to 3.4 μm,
When these materials are used as the material of the substrate 21, the second light source 29 may be one that generates light having a wavelength within the corresponding transmission wavelength range as the second light flux.

【0034】なお、本実施例では、第1の光源28及び
第1の光検出器30は、基板21の一方端部に設けら
れ、第2の光源29及び第2の光検出器31は、基板2
1の他方端部に設けられている。このような配置にする
ことにより、第1及び第2の光源28,29が互いにぶ
つかることなく、コンパクトに構成することができる。
In this embodiment, the first light source 28 and the first photodetector 30 are provided at one end of the substrate 21, and the second light source 29 and the second photodetector 31 are Board 2
1 is provided at the other end. With such an arrangement, the first and second light sources 28 and 29 can be made compact without colliding with each other.

【0035】なお、本実施例では設けられていないが、
必要に応じて、基板21と第1及び第2の光導波路2
2,25との間にバッファ層を形成してもよい。このバ
ッファ層も、前記第2の光束による第2の集光グレーテ
ィングカプラ27からの後述する第2の点Dへの出射光
及び該出射光による被検面33からの反射光(戻り光)
に関して、透光性を有する材料が用いられる。
Although not provided in this embodiment,
If necessary, the substrate 21 and the first and second optical waveguides 2
A buffer layer may be formed between 2 and 25. This buffer layer also emits light from the second condensing grating coupler 27 to the later-described second point D by the second light flux and reflected light (return light) from the surface 33 to be detected by the emitted light.
For, a light-transmitting material is used.

【0036】第1の導波型ビームスプリッタ23は、第
1の光導波路22により導かれた前記第1の光束を第1
の集光グレーティングカプラ24に供給するとともに、
第1の集光グレーティングカプラ24から供給された反
射光(戻り光)の一部を第1の光導波路22を介して第
1の光検出器30に導く。同様に、第2の導波型ビーム
スプリッタ26は、第2の光導波路25により導かれた
前記第2の光束を第2の集光グレーティングカプラ27
に供給するとともに、第2の集光グレーティングカプラ
27から供給された反射光(戻り光)の一部を第2の光
導波路25を介して第2の光検出器31に導く。このよ
うに、第1及び第2の導波型ビームスプリッタ23,2
6は、往路光と復路光(戻り光)とを分岐させる機能を
有していれば十分であるが、本実施例では、第1の導波
型ビームスプリッタ23は、第1の集光グレーティング
カプラ24から供給された前記反射光の一部を第1の光
検出器30に対して集光させ、第2の導波型ビームスプ
リッタ26は、第2の集光グレーティングカプラ27か
ら供給された前記反射光の一部を第2の光検出器31に
対して集光させる機能も有している。これにより第1及
び第2の光検出器30,31の受光光量が大きくなりS
N比が大きくなる利点が得られる。
The first waveguide type beam splitter 23 converts the first light flux guided by the first optical waveguide 22 into a first light beam.
And to supply it to the condensing grating coupler 24 of
A part of the reflected light (return light) supplied from the first condensing grating coupler 24 is guided to the first photodetector 30 via the first optical waveguide 22. Similarly, the second waveguide type beam splitter 26 uses the second condensing grating coupler 27 for the second light flux guided by the second optical waveguide 25.
And a part of the reflected light (return light) supplied from the second condensing grating coupler 27 is guided to the second photodetector 31 via the second optical waveguide 25. In this way, the first and second guided beam splitters 23, 2
It suffices that 6 has a function of splitting the forward light and the backward light (return light), but in the present embodiment, the first waveguide type beam splitter 23 is the first condensing grating. A part of the reflected light supplied from the coupler 24 is condensed on the first photodetector 30, and the second waveguide type beam splitter 26 is supplied from the second condensing grating coupler 27. It also has a function of condensing a part of the reflected light on the second photodetector 31. As a result, the amount of light received by the first and second photodetectors 30, 31 increases and S
The advantage that the N ratio becomes large is obtained.

【0037】第1及び第2の導波型ビームスプリッタ2
3,26の前述したような機能は、例えば、第1及び第
2の導波型ビームスプリッタを第1及び第2の光導波路
22,25の一部に形成された透過型ブラッググレーテ
ィングとして構成し、そのグレーティングパターンの間
隔やチャーピング等を対応する第1又は第2の光束の波
長や偏光状態に応じて設定することにより実現すること
ができる。
First and second guided beam splitters 2
The above-mentioned functions of the third and the third waveguides 26 are, for example, configured by configuring the first and second waveguide type beam splitters as a transmission type Bragg grating formed in a part of the first and second optical waveguides 22 and 25. This can be achieved by setting the spacing of the grating pattern, chirping, etc. according to the wavelength or polarization state of the corresponding first or second light flux.

【0038】第1の集光グレーティングカプラ24は、
供給された第1の光束を基板21の表面の側の自由空間
の第1の点Cに集光するように出射させるとともに、当
該第1の光束に基づく出射光による被検面33からの反
射光(戻り光)を第1の導波型ビームスプリッタ23に
供給する。同様に、第2の集光グレーティングカプラ2
7は、供給された第2の光束を基板21の表面の側の自
由空間の第2の点D(この第2の点Dは第1の点Cと異
なる)に集光するように出射させるとともに、当該第2
の光束に基づく出射光による被検面33からの反射光
(戻り光)を第2の導波型ビームスプリッタ26に供給
する。本実施例では、第1の集光グレーティングカプラ
24による集光光軸及び前記第2の集光グレーティング
カプラ27による集光光軸は、一致させられ、基板21
の法線方向に延びている。もっとも、被検面33が平面
であれば、両集光光軸は、実質的に平行であればよく、
一致していなくてもよい。また、前記集光光軸は基板2
1の法線方向に対して傾いていてもよい。
The first focusing grating coupler 24 is
The supplied first light flux is emitted so as to be condensed at the first point C in the free space on the surface side of the substrate 21, and is reflected from the surface 33 to be detected by the emitted light based on the first light flux. The light (return light) is supplied to the first waveguide beam splitter 23. Similarly, the second focusing grating coupler 2
Reference numeral 7 causes the supplied second light flux to be emitted so as to be condensed at a second point D in the free space on the surface side of the substrate 21 (this second point D is different from the first point C). Together with the second
The reflected light (return light) from the surface 33 to be inspected, which is the emitted light based on the light flux of, is supplied to the second waveguide type beam splitter 26. In the present embodiment, the light collecting optical axis of the first light collecting grating coupler 24 and the light collecting optical axis of the second light collecting grating coupler 27 are made to coincide with each other, and the substrate 21
Extends in the normal direction. However, if the surface 33 to be inspected is a flat surface, both converging optical axes may be substantially parallel,
It does not have to match. The condensing optical axis is the substrate 2
It may be inclined with respect to the normal direction of 1.

【0039】第1及び第2の集光グレーティングカプラ
24,27は、導波光と空間の一点に焦点を持つ球面波
を結合させる導波型素子であり、曲がりとチャーピング
を有するグレーティングパターンで構成される。第1及
び第2の集光グレーティングカプラ24,27の前述し
たような機能は、グレーティングパターンの曲がりやチ
ャーピング等を対応する第1又は第2の光束の波長や偏
光状態に応じて設定することにより実現することができ
る。
The first and second condensing grating couplers 24 and 27 are waveguide elements for coupling the guided light and a spherical wave having a focal point at one point in space and are composed of a grating pattern having bending and chirping. To be done. The above-described functions of the first and second condensing grating couplers 24 and 27 are to set the bending and chirping of the grating pattern according to the wavelength and polarization state of the corresponding first or second light flux. Can be realized by

【0040】なお、第1及び第2の導波型ビームスプリ
ッタ23,26及び第1及び第2の集光グレーティング
カプラ24,27は、エッチング形及びクラッディング
形を含むレリーフ形や屈折率変調形など、いずれの形式
のグレーティングを用いても構成することができる。
The first and second waveguide type beam splitters 23 and 26 and the first and second condensing grating couplers 24 and 27 are relief type and refractive index modulation type including etching type and cladding type. It can be configured using any type of grating, such as.

【0041】なお、本実施例では、第1の導波型ビーム
スプリッタ23及び第1の集光グレーティングカプラ2
4は隣接して配置され、第2の導波型ビームスプリッタ
26及び第2の集光グレーティングカプラ27は隣接し
て配置されている。本発明では、これらは必ずしも隣接
して配置しなくてもよいが、隣接して配置しておけば、
小型化を図ることができるので、好ましい。
In this embodiment, the first waveguide type beam splitter 23 and the first focusing grating coupler 2 are used.
4 are arranged adjacent to each other, and the second waveguide type beam splitter 26 and the second condensing grating coupler 27 are arranged adjacent to each other. In the present invention, these do not necessarily have to be arranged adjacently, but if they are arranged adjacently,
It is preferable because the size can be reduced.

【0042】次に、本実施例による変位計測装置の動作
について、説明する。
Next, the operation of the displacement measuring apparatus according to this embodiment will be described.

【0043】まず、本装置の使用に際しては、図3に示
すように、光ディスクやその他の被検面33が前記第1
の点C及び第2の点Dとの間に配置される。
First, when the present apparatus is used, as shown in FIG. 3, the optical disk or other surface 33 to be inspected is the first one.
Between the point C and the second point D.

【0044】第1の光源28により供給された第1の光
束は、第1の光導波路22及び第1の導波型ビームスプ
リッタ23を介して第1の集光グレーティングカプラ2
4に導かれ、第1の集光グレーティングカプラ24によ
り基板21の表面の側の自由空間の第1の点Cに集光す
るように出射させられる。この第1の光束に基づく出射
光による被検面33からの反射光は、第1の集光グレー
ティングカプラ24により再び第1の導波型ビームスプ
リッタ23に供給され、第1の導波型ビームスプリッタ
23により第1の光導波路22を介して第1の光検出器
30に導かれ、第1の光検出器30により検出される。
したがって、被検面33が第1の点Cにあれば、第1の
集光グレーティングカプラ24に戻る反射光の光量が最
も大きくなって第1の光検出器30の検出信号が最も大
きくなり、被検面33が第1の点Cから第1の集光グレ
ーティングカプラ24による集光光軸の方向(図3中の
上下方向)にずれるほど、第1の集光グレーティングカ
プラ24に戻る反射光の光量が小さくなって第1の光検
出器30の検出信号が小さくなる。被検面33の前記集
光光軸方向の位置と第1の光検出器30の検出信号との
関係を、図4(a)中に、曲線Xとして示す。なお、図
4(a)中の横軸の「0」は、第1の点Cと第2の点D
との間における基準位置を示す。
The first light flux supplied from the first light source 28 is passed through the first optical waveguide 22 and the first waveguide type beam splitter 23, and the first condensing grating coupler 2
4 and is emitted by the first condensing grating coupler 24 so as to be condensed at a first point C in the free space on the surface side of the substrate 21. The reflected light from the surface 33 to be inspected, which is the emitted light based on the first light flux, is again supplied to the first waveguide type beam splitter 23 by the first focusing grating coupler 24, and the first waveguide type beam splitter 23 is supplied. The light is guided by the splitter 23 to the first photodetector 30 via the first optical waveguide 22, and is detected by the first photodetector 30.
Therefore, when the surface 33 to be inspected is at the first point C, the amount of reflected light returning to the first condensing grating coupler 24 becomes the largest and the detection signal of the first photodetector 30 becomes the largest, Reflected light returning to the first condensing grating coupler 24 as the surface 33 to be inspected deviates from the first point C in the direction of the converging optical axis of the first condensing grating coupler 24 (vertical direction in FIG. 3). And the detection signal of the first photodetector 30 becomes small. The relationship between the position of the surface 33 to be inspected in the direction of the converging optical axis and the detection signal of the first photodetector 30 is shown as a curve X in FIG. Note that “0” on the horizontal axis in FIG. 4A indicates the first point C and the second point D.
The reference position between and is shown.

【0045】同様に、第2の光源29により供給された
第2の光束は、第2の光導波路25及び第2の導波型ビ
ームスプリッタ26を介して第2の集光グレーティング
カプラ27に導かれ、第2の集光グレーティングカプラ
27により基板21の表面の側の自由空間の第2の点D
に集光するように出射させられる。この第2の光束に基
づく出射光による被検面33からの反射光は、第2の集
光グレーティングカプラ27により再び第2の導波型ビ
ームスプリッタ26に供給され、第2の導波型ビームス
プリッタ26により第2の光導波路25を介して第2の
光検出器31に導かれ、第2の光検出器31により検出
される。したがって、被検面33が前記第2の点Dにあ
れば、第2の集光グレーティングカプラ27に戻る反射
光の光量が最も大きくなって第2の光検出器31の検出
信号が最も大きくなり、被検面33が第2の点Dから第
2の集光グレーティングカプラ27による集光光軸の方
向(この方向は、第1の集光グレーティングカプラ24
による集光光軸の方向と同一である。)にずれるほど、
第2の集光グレーティングカプラ27に戻る反射光の光
量が小さくなって第2の光検出器31の検出信号が小さ
くなる。被検面33の前記集光光軸方向の位置と第2の
光検出器31の検出信号との関係を、図4(a)中に、
曲線Yとして示す。
Similarly, the second light flux supplied by the second light source 29 is guided to the second condensing grating coupler 27 via the second optical waveguide 25 and the second waveguide type beam splitter 26. Then, the second condensing grating coupler 27 causes the second point D in the free space on the side of the surface of the substrate 21.
It is emitted so that it may be condensed to. The reflected light from the surface 33 to be inspected, which is the emitted light based on the second light flux, is again supplied to the second waveguide type beam splitter 26 by the second focusing grating coupler 27, and the second waveguide type beam splitter 26 is supplied. The light is guided by the splitter 26 to the second photodetector 31 via the second optical waveguide 25, and is detected by the second photodetector 31. Therefore, if the surface 33 to be inspected is at the second point D, the amount of reflected light returning to the second converging grating coupler 27 becomes the largest and the detection signal of the second photodetector 31 becomes the largest. , The surface 33 to be inspected is from the second point D to the direction of the converging optical axis by the second condensing grating coupler 27 (this direction is the first condensing grating coupler 24.
Is the same as the direction of the converging optical axis. )
The amount of the reflected light returning to the second condensing grating coupler 27 becomes small and the detection signal of the second photodetector 31 becomes small. The relationship between the position of the surface 33 to be inspected in the direction of the converging optical axis and the detection signal of the second photodetector 31 is shown in FIG.
Shown as curve Y.

【0046】したがって、第1の点Cと第2の点Dとは
異なることから、第1の光検出器30の検出信号と第2
の光検出器31の検出信号との差、すなわち、差動増幅
器32の出力信号が、図4(b)に示すようなS字特性
を持つことになり、被検面33の前記集光光軸方向の変
位量(又は位置)を示すことになる。なお、図4(b)
は、被検面33の前記集光光軸方向の位置と差動増幅器
32の出力信号との関係を示す図である。なお、本実施
例による変位計測装置を光ディスク等用のフォーカスエ
ラー信号検出装置として用いた場合には、差動増幅器3
2の出力信号がフォーカスエラー信号に相当する。
Therefore, since the first point C and the second point D are different, the detection signal of the first photodetector 30 and the second point D
Difference from the detection signal of the photodetector 31, that is, the output signal of the differential amplifier 32 has an S-shaped characteristic as shown in FIG. It indicates the amount of displacement (or position) in the axial direction. Note that FIG. 4 (b)
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position of the surface 33 to be inspected in the direction of the light collection optical axis and the output signal of the differential amplifier 32. When the displacement measuring device according to this embodiment is used as a focus error signal detecting device for an optical disk or the like, the differential amplifier 3
The output signal of 2 corresponds to the focus error signal.

【0047】本実施例による変位計測装置は、このよう
な原理によるものであり、前記従来の光ディスクピック
アップと異なりフーコー法の原理によるものではないの
で、第1及び第2の光検出器30,31は、それぞれ第
1及び第2の導波型ビームスプリッタ23,26からの
戻り光(その一部でも可)を単に受光すれば被検面33
の変位量を得ることができる。したがって、前記従来の
光ディスクピックアップと異なり、第1及び第2の光検
出器30,31の配置を厳密に行う必要がなく、製造時
の精度はさほど要求されず、安価になる。
The displacement measuring apparatus according to the present embodiment is based on such a principle and is not based on the principle of the Foucault method unlike the conventional optical disk pickup described above. Therefore, the first and second photodetectors 30, 31 are used. The surface 33 to be inspected can be obtained by simply receiving the returned light (partially a part thereof) from the first and second waveguide type beam splitters 23 and 26, respectively.
Can be obtained. Therefore, unlike the above-mentioned conventional optical disk pickup, it is not necessary to strictly arrange the first and second photodetectors 30 and 31, precision in manufacturing is not required so much, and the cost is low.

【0048】そして、本実施例による変位計測装置で
は、基板21に対して、第1及び第2の光導波路22,
25、第1及び第2の導波型ビームスプリッタ23,2
6、第1及び第2の集光グレーティングカプラ24,2
7が形成されているので、光学系の小型、軽量化を図る
ことができるとともに光軸の調整が不要になり、また、
基板21に対して特別な機械加工を行う必要がないとと
もに、光を集光するためのバルク光学素子によるレンズ
が不要となる。
Then, in the displacement measuring apparatus according to the present embodiment, the first and second optical waveguides 22,
25, first and second guided beam splitters 23, 2
6, first and second focusing grating couplers 24, 2
Since 7 is formed, it is possible to reduce the size and weight of the optical system and eliminate the need for adjusting the optical axis.
The substrate 21 does not need to be specially machined, and the lens by the bulk optical element for condensing the light is unnecessary.

【0049】ところで、第1の集光グレーティングカプ
ラ24が前記第2の光束に基づく光(特に、第2の集光
グレーティングカプラ27からの出射光やこの出射光に
よる被検面33からの反射光)と結合したり、前記第2
の集光グレーティングカプラ27は前記第1の光束に基
づく光(特に、第1の集光グレーティングカプラ24か
らの出射光やこの出射光による被検面33からの反射
光)と結合したりすると、それらの結合した光がノイズ
成分となってしまう。特に、前記第1の光束と前記第2
の光束とが波長も偏光状態も同じであれば、このような
結合が生ずるおそれがある。
By the way, the first condensing grating coupler 24 emits light based on the second luminous flux (in particular, the emitted light from the second condensing grating coupler 27 and the reflected light from the surface 33 to be inspected by the emitted light. ) Or the second
When the condensing grating coupler 27 is combined with the light based on the first light flux (particularly, the emitted light from the first condensing grating coupler 24 and the reflected light from the surface 33 to be inspected by the emitted light), The combined light becomes a noise component. In particular, the first light flux and the second light flux
If the light flux of is the same in wavelength and polarization state, such coupling may occur.

【0050】そこで、このようなノイズを防止するた
め、第1の集光グレーティングカプラ24が第2の光束
に基づく光と実質的に結合せず、第2の集光グレーティ
ングカプラ27が前記第1の光束に基づく光と実質的に
結合しないことが、好ましい。具体的には、第1の光束
及び第2の光束を互いに偏光方向の異なる直線偏光にし
たり、あるいは、第1の光束及び第2の光束を互いに異
なる波長の光にしたりすればよい。すなわち、本実施例
では、第1の光源28が第1の偏光方向の直線偏光(例
えば、第1の光導波路22内でTE偏光となるような
光)を第1の光束として第1の光導波路22内に供給
し、第2の光源29が第1の偏光方向と異なる第2の偏
光方向の直線偏光(例えば、第2の光導波路25内でT
M偏光となるような光)を第2の光束として第2の光導
波路25内に供給するようにすればよい。あるいは、本
実施例では、第1の光源28が第1の波長の光を第1の
光束として第1の光導波路22内に供給し、第2の光源
29が第1の波長と異なる第2の波長の光を第2の光束
として第2の光導波路25内に供給するようにすればよ
い。勿論、これらの場合には、当該第1の光束及び第2
の光束に合わせて、第1及び第2の集光グレーティング
カプラ24,27のグレーティングパターンが決定され
る。
Therefore, in order to prevent such noise, the first condensing grating coupler 24 does not substantially combine with the light based on the second luminous flux, and the second condensing grating coupler 27 makes the first condensing grating coupler 27. It is preferable that the light is not substantially combined with the light based on the luminous flux of. Specifically, the first light flux and the second light flux may be linearly polarized light having different polarization directions, or the first light flux and the second light flux may have different wavelengths. That is, in the present embodiment, the first light source 28 uses the linearly polarized light in the first polarization direction (for example, the light that becomes TE polarized light in the first optical waveguide 22) as the first light beam and the first light beam. The second light source 29 supplies the linearly polarized light having a second polarization direction different from the first polarization direction (for example, T in the second optical waveguide 25).
The light that becomes M-polarized light) may be supplied into the second optical waveguide 25 as the second light flux. Alternatively, in the present embodiment, the first light source 28 supplies the light of the first wavelength as the first light flux into the first optical waveguide 22, and the second light source 29 is the second light different from the first wavelength. It is sufficient to supply the light of the wavelength as the second light flux into the second optical waveguide 25. Of course, in these cases, the first luminous flux and the second luminous flux
The grating patterns of the first and second condensing grating couplers 24 and 27 are determined according to the luminous flux of.

【0051】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は前記実施例に限定されるものではない。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0052】また、本発明による変位計測装置は、光デ
ィスク等のフォーカスエラー検出装置として使用するこ
とができるのみならず、他の種々の被検物の変位を計測
するために使用することができるものである。
Further, the displacement measuring device according to the present invention can be used not only as a focus error detecting device for an optical disk or the like but also for measuring the displacement of various other test objects. Is.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学系の小型、軽量化を図ることができるとともに光軸
の調整が不要になり、また、基板に対して特別な機械加
工を行う必要がないとともに、光を集光するためのバル
ク光学素子によるレンズが不要となり、しかも、製造時
の誤差の許容範囲が大きく、安価となる。
As described above, according to the present invention,
The size and weight of the optical system can be reduced, the adjustment of the optical axis is not required, no special machining is required for the substrate, and the bulk optical element for converging light is used. No lens is required, and the tolerance of the manufacturing error is large, and the cost is low.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例による光導波路デバイスの概
略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中のII−II線に沿った概略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

【図3】本発明の前記実施例による光導波路デバイスの
使用状態を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a usage state of the optical waveguide device according to the embodiment of the present invention.

【図4】被検面の集光光軸方向の位置と光検出器の検出
信号及び差動増幅器の出力信号との関係を示す図であ
り、図4(a)は被検面の集光光軸方向の位置と光検出
器の検出信号との関係を示す図であり、図4(b)は被
検面の集光光軸方向の位置と光検出器の検出信号及び差
動増幅器の出力信号との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the position of the test surface in the direction of the light-gathering optical axis and the detection signal of the photodetector and the output signal of the differential amplifier. FIG. It is a figure which shows the relationship between the position of an optical axis direction, and the detection signal of a photodetector, FIG.4 (b) shows the position of the condensing optical axis direction of a to-be-tested surface, the detection signal of a photodetector, and a differential amplifier. It is a figure which shows the relationship with an output signal.

【図5】従来の光ディスクピックアップを示す概略斜視
図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a conventional optical disc pickup.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 基板 22 第1の光導波路 23 第1の導波型ビームスプリッタ 24 第1の集光グレーティングカプラ 25 第2の光導波路 26 第2の導波型ビームスプリッタ 27 第2の集光グレーティングカプラ 28 第1の光源 29 第2の光源 30 第1の光検出器 31 第2の光検出器 32 差動増幅器 33 被検面 21 substrate 22 first optical waveguide 23 first waveguide type beam splitter 24 first condensing grating coupler 25 second optical waveguide 26 second waveguide type beam splitter 27 second condensing grating coupler 28 1 light source 29 2nd light source 30 1st photodetector 31 2nd photodetector 32 differential amplifier 33 test surface

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板の表面に形成された第1
の光導波路、第1の導波型ビームスプリッタ及び第1の
集光グレーティングカプラと、前記基板の裏面に形成さ
れた第2の光導波路、第2の導波型ビームスプリッタ及
び第2の集光グレーティングカプラと、前記第1の光導
波路内に第1の光束を供給する第1の光供給手段と、前
記第2の光導波路内に第2の光束を供給する第2の光供
給手段と、第1及び第2の光検出器と、前記第1の光検
出器の検出信号と前記第2の光検出器の検出信号との差
を求める差動演算手段と、を備え、 前記第1の光導波路は、前記第1の光供給手段により供
給された前記第1の光束を前記第1の導波型ビームスプ
リッタに導き、 前記第1の導波型ビームスプリッタは、前記第1の光導
波路により導かれた前記第1の光束を前記第1の集光グ
レーティングカプラに供給し、 前記第1の集光グレーティングカプラは、供給された第
1の光束を前記基板の前記表面の側の自由空間の第1の
点に集光するように出射させるとともに、当該第1の光
束に基づく出射光による被検面からの反射光を前記第1
の導波型ビームスプリッタに供給し、 前記第1の導波型ビームスプリッタは、前記第1の集光
グレーティングカプラから供給された反射光の一部を前
記第1の光導波路を介して前記第1の光検出器に導き、 前記第2の光導波路は、前記第2の光供給手段により供
給された前記第2の光束を前記第2の導波型ビームスプ
リッタに導き、 前記第2の導波型ビームスプリッタは、前記第2の光導
波路により導かれた前記第2の光束を前記第2の集光グ
レーティングカプラに供給し、 前記第2の集光グレーティングカプラは、供給された第
2の光束を前記基板の前記表面の側の自由空間の、前記
第1の点と異なる第2の点に集光するように出射させる
とともに、当該第2の光束に基づく出射光による前記被
検面からの反射光を前記第2の導波型ビームスプリッタ
に供給し、 前記第2の導波型ビームスプリッタは、前記第2の集光
グレーティングカプラから供給された反射光の一部を前
記第2の光導波路を介して前記第2の光検出器に導き、 前記第1の集光グレーティングカプラによる集光光軸及
び前記第2の集光グレーティングカプラによる集光光軸
は、実質的に一致するか又は実質的に平行であり、 前記基板は、前記第2の光束による前記出射光及び前記
反射光に関して透光性を有する、 ことを特徴とする変位計測装置。
1. A substrate and a first formed on the surface of the substrate.
Optical waveguide, a first waveguide type beam splitter and a first condensing grating coupler, and a second optical waveguide formed on the back surface of the substrate, a second waveguide type beam splitter and a second condensing grating. A grating coupler, a first light supply means for supplying a first light flux into the first optical waveguide, and a second light supply means for supplying a second light flux into the second optical waveguide, The first photodetector and the second photodetector; and differential operation means for obtaining the difference between the detection signal of the first photodetector and the detection signal of the second photodetector. The optical waveguide guides the first light flux supplied by the first light supply means to the first waveguide type beam splitter, and the first waveguide type beam splitter is the first optical waveguide. The first light flux guided by the first condensing grating coupler The first condensing grating coupler supplies the first condensing grating coupler with the first condensing grating coupler so as to condense the first luminous flux so as to condense at a first point in a free space on the side of the surface of the substrate, The reflected light from the surface to be inspected by the emitted light based on the light flux is
Of the reflected light supplied from the first condensing grating coupler, and the first guided beam splitter splits a part of the reflected light supplied from the first condensing grating coupler through the first optical waveguide. The second optical waveguide is guided to the second waveguide type beam splitter, and the second optical waveguide is guided to the second waveguide type beam splitter. The wave-shaped beam splitter supplies the second light flux guided by the second optical waveguide to the second condensing grating coupler, and the second condensing grating coupler supplies the supplied second light flux. From the surface to be inspected by the emitted light based on the second luminous flux, the luminous flux is emitted so as to be condensed at a second point different from the first point in a free space on the surface side of the substrate. Reflected light of the second waveguide type beam The second light guide type beam splitter supplies a part of the reflected light supplied from the second condensing grating coupler to the second photodetector through the second optical waveguide. And a light collecting optical axis of the first light collecting grating coupler and a light collecting optical axis of the second light collecting grating coupler are substantially coincident with or substantially parallel to each other, and the substrate is The displacement measuring device is characterized in that it has translucency with respect to the emitted light and the reflected light by the second light flux.
【請求項2】 前記第1の集光グレーティングカプラは
前記第2の光束に基づく光と実質的に結合せず、前記第
2の集光グレーティングカプラは前記第1の光束に基づ
く光と実質的に結合しないことを特徴とする請求項1記
載の変位計測装置。
2. The first focusing grating coupler is substantially not coupled with the light based on the second light flux, and the second focusing grating coupler is substantially uncoupled with the light based on the first light flux. The displacement measuring device according to claim 1, wherein the displacement measuring device is not coupled to.
【請求項3】 前記第1の光供給手段により供給される
前記第1の光束及び前記第2の光供給手段により供給さ
れる前記第2の光束は、互いに偏光方向の異なる直線偏
光であることを特徴とする請求項2記載の変位計測装
置。
3. The first light flux supplied by the first light supply means and the second light flux supplied by the second light supply means are linearly polarized lights having different polarization directions from each other. The displacement measuring device according to claim 2.
【請求項4】 前記第1の光供給手段により供給される
前記第1の光束の波長と、前記第2の光供給手段により
供給される前記第2の光束の波長とは、異なることを特
徴とする請求項2記載の変位計測装置。
4. The wavelength of the first light flux supplied by the first light supply means and the wavelength of the second light flux supplied by the second light supply means are different. The displacement measuring device according to claim 2.
【請求項5】 前記第1の導波型ビームスプリッタ及び
前記第1の集光グレーティングカプラは隣接して配置さ
れ、前記第2の導波型ビームスプリッタ及び前記第2の
集光グレーティングカプラは隣接して配置されたことを
特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の変位計測
装置。
5. The first waveguide type beam splitter and the first condensing grating coupler are arranged adjacent to each other, and the second waveguide type beam splitter and the second condensing grating coupler are adjacent to each other. The displacement measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the displacement measuring device is arranged in a plurality.
【請求項6】 前記第1の導波型ビームスプリッタは、
前記第1の集光グレーティングカプラから供給された前
記反射光の前記一部を前記第1の光検出器に対して集光
させ、前記第2の導波型ビームスプリッタは、前記第2
の集光グレーティングカプラから供給された前記反射光
の前記一部を前記第2の光検出器に対して集光させるこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の変位
計測装置。
6. The first waveguide beam splitter comprises:
The part of the reflected light supplied from the first converging grating coupler is condensed on the first photodetector, and the second waveguide type beam splitter includes the second waveguide beam splitter.
The displacement measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the part of the reflected light supplied from the condensing grating coupler is condensed on the second photodetector.
【請求項7】 前記第1の光供給手段は前記基板の一方
端部側に設けられ、前記第2の光供給手段は前記基板の
他方端部側に設けられたことを特徴とする請求項1乃至
6のいずれかに記載の変位計測装置。
7. The first light supply means is provided on one end side of the substrate, and the second light supply means is provided on the other end side of the substrate. 7. The displacement measuring device according to any one of 1 to 6.
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