JPH09146004A

JPH09146004A - 光情報検出装置及びモード干渉型レーザ走査顕微鏡

Info

Publication number: JPH09146004A
Application number: JP7300317A
Authority: JP
Inventors: Junji Ikeda; 順司池田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＤＣドリフトによる影響を補正し、高い検出精
度の得られる光情報検出装置、ならびに、それを用いた
モード干渉型レーザ走査顕微鏡を提供する。【解決手段】主幹チャネル導波路の端部において、伝搬
してきた較正光が前記主幹チャネル導波路の中心からど
れくらい片寄っているかを表す値Ｓ_Cを検出し、Ｓ
_D（Ｖ）とを求め、これらを下式に代入して、Ｓ_T（Ｖ）
を求め、Ｓ_T（Ｖ）＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ
_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０の
とき）（ただし、Ｖ_π は、予め定めた定数）このＳ_T（Ｖ）の値が、予め定められた値に一致するよ
うに主幹チャネル導波路に電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダブルモードチャ
ネル導波路の０次モード光及び１次モード光の干渉を用
いてダブルモードチャネル導波路に入射する光の情報を
検出する光情報検出装置及びそれを用いたモード干渉型
レーザ走査顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な分野で光導波路が注目され
ている。これは、光導波路を用いることによって光学系
の小型化、軽量化を図ることが可能となり、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。光導波路は、光導波路（コア部）と基板（クラッ
ド）との屈折率の差、光導波路の幅または屈折率分布に
よって、０次モード光のみ励振されるシングルモード導
波路と、０次と１次の２つのモード光が励振されるダブ
ルモード導波路と、さらに高次のモード光が励振される
マルチモード導波路に分類される。このとき、ダブルモ
ード導波路とマルチモード導波路は、常に複数のモード
が励振されるのではなく、最大いくつのモードが励振さ
れるかで分類される。よって、光導波路に入射する光の
状態や位置によって０次モード光のみが励振されること
もある。

【０００３】このような光導波路を全く新しい分野へ応
用したものとしては、ダブルモードチャネル導波路にお
けるモード干渉現象を利用した光情報検出装置があり、
様々な応用分野が考えられる有用なデバイスとして各方
面の注目を集めている。その基本原理およびモード干渉
型レーザ走査顕微鏡への応用については、H.Ooki andJ.
Iwasaki,Opt.Commun. 85(1991)177-182および特開平4-2
08913号公報および特開平4-296810号公報および特開平6
-160718号公報に詳述されている。これは、電気光学効
果を有する基板と、一端より入射する主光をダブルモー
ドにて伝搬する主幹チャネル導波路と、該主幹チャネル
導波路に電界を印加するために基板に設けられた電極
と、該電極に電圧を印加する電圧印加装置と、主幹チャ
ネル導波路の他端に共に接続された左右の枝チャネル導
波路と、両枝チャネル導波路の他端より出射する主光の
強度をそれぞれ検出する左右の光検出器とを有し、両光
検出器の出力信号に基づいて、主幹チャネル導波路の一
端より入射する主光に含まれる情報を任意のコントラス
トで検出する光情報検出装置である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記光情報検出装置で
は、電極に印加する電圧を変更することによって主幹チ
ャネル導波路の完全結合長を制御し、これにより主幹チ
ャネル導波路の一端に入射する主光に含まれる情報のコ
ントラストを制御している。しかしながら主幹チャネル
導波路に電界を印加する場合、ＤＣドリフトと呼ばれる
現象が現れ、主幹チャネル導波路に精度良く電界を印加
できなくなるという問題点があった。

【０００５】ＤＣドリフトは、光導波路の近傍にバッフ
ァ層を介して搭載されている電極に長時間電圧を印加す
ると、基板表面で電荷が移動し、あるいは、バッファ層
内で電荷が移動して反電界が生じ、光導波路に電界が有
効に印加されなくなる現象である。光情報検出装置で
は、主幹チャネル導波路に入射する光をどのように観察
するかに応じて、主幹チャネル導波路に印加する電圧を
制御して完全結合長の長さを決めている。そのため、Ｄ
Ｃドリフトが生じると、完全結合長を精度良く決めるこ
とができなくなり、主幹チャネル導波路に入射している
光のどのような情報を観察しているのかが不明となる。
これは、光情報検出装置として精度の劣化を招く。

【０００６】したがって、本発明は、ＤＣドリフトによ
る影響を補正し、高い検出精度の得られる光情報検出装
置、ならびに、それを用いたモード干渉型レーザ走査顕
微鏡を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、検出すべき光を一端より入射させ
て伝搬するダブルモードの主幹チャネル導波路と、前記
主幹チャネル導波路を伝搬する検出すべき光の対称性を
検出する対称性検出手段と、前記主幹チャネル導波路に
電圧を印加する電極と、前記主幹チャネル導波路に非対
称な較正光を入射させる較正光入射手段と、前記主幹チ
ャネル導波路の端部において、伝搬してきた較正光が前
記主幹チャネル導波路の中心からどれくらい片寄ってい
るかを表す値Ｓ_Cを検出するＳ_C検出手段と、前記電極に
電圧を印加する電圧源と、前記電圧源の電圧を制御する
制御手段とを有し、前記制御手段は、前記Ｓ_C検出手段
の出力を用いて、前記電極からある電圧Ｖを印加したと
きのＳ_C（Ｖ）と、前記Ｓ_C（Ｖ）の微分信号Ｓ_D（Ｖ）
とを求め、これらを下式に代入して、Ｓ_T（Ｖ）を求
め、Ｓ_T（Ｖ）＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０のとき）（ただし、Ｖ_π は、予め定めた定数）このＳ_T（Ｖ）の値が、予め定められた値に一致するよ
うに前記電圧源の電圧を増加または減少させることを有
することを特徴とする情報検出装置が提供される。

【０００８】また、この情報検出装置と、被検物体に光
を照射する光源とを備えるモード干渉型レーザ走査顕微
鏡が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００１０】まず、本発明の第１の実施の形態のモード
干渉型レーザ操作顕微鏡について、図１〜図５、およ
び、図９〜図１１を用いて説明する。

【００１１】図１のように、ＬｉＮｂＯ₃からなる基板
１上には、中央枝チャネル導波路５、左枝チャネル導波
路３、右枝チャネル導波路４、および、主幹チャネル導
波路２が形成されている。各枝チャネル導波路３、４、
５は、分岐部６によって主幹チャネル導波路２に接続し
ている。また、主幹チャネル導波路２の一端は、光が入
出射する端面２ａとなっている。

【００１２】基板１の主平面は、ＬｉＮｂＯ₃の結晶軸
のうちｘ軸に直交する平面であり、各チャネル導波路
２、３、４、５は、ｙ軸方向に形成されている。したが
って、結晶のｘ軸方向が各チャネル導波路の深さ方向に
対応しており、結晶のｚ軸方向が各チャネル導波路２、
３、４、５の幅方向に対応している。

【００１３】また、中央枝チャネル導波路２の両側に
は、バッファ層（図示せず）を介して一対の電極７が配
置されている。

【００１４】これらの基板１上の構成が、端面２ａから
入射した光の対称性を検出するための情報検出デバイス
を構成している。

【００１５】電極７には、電圧印加装置３１が接続さ
れ、電圧Ｖが印加されている。この電圧Ｖは制御装置３
０によって制御されている。制御装置３０の電圧Ｖの制
御方法については、後で詳しく説明する。

【００１６】主幹チャネル導波路２は、ｘ軸方向の直線
偏光に対してはシングルモード光導波路として機能し、
ｚ軸方向の直線偏光に対しては、枝チャネル導波路を分
岐した方向、すなわちｚ軸方向に、０次モード光と１次
モード光とを励振し得るダブルモード光導波路として機
能するように形成されている。中央枝チャネル導波路５
は、ｘ偏光とｚ偏光との双方に対して、シングルモード
光導波路として機能するように形成されている。左右の
枝チャネル導波路３、４は、ｚ偏光に対してはシングル
モード光導波路として機能し、ｘ偏光に対しては光導波
路として機能しないように形成されている。

【００１７】このような機能を有する各光導波路を製造
する手段については、例えば特開平６−１６０７１８号
公報に開示された公知の手段を用いることができる。本
実施の形態では、ＬｉＮｂＯ₃単結晶基板１に、プロト
ン交換とＴｉ熱拡散と組み合わせて施すことにより枝チ
ャネル導波路３、４および主幹チャネル導波路２を形成
した。これは、基板１にＴｉの熱拡散を施した領域が、
常光線（ｘ偏光およびｙ偏光）に対しても、異常光線
（ｚ偏光）に対しても屈折率が基板よりも高くなるのに
対して、基板１にプロトン交換を施した領域は、異常光
線に対してのみ屈折率が高くなることを利用するもので
ある。

【００１８】具体的には、図１２（ａ）、（ｂ）に示す
ように、主幹チャネル導波路２を、３つの領域２０２
ａ、２０２ｂ、２０２ｃに分けて形成した。中央部の領
域２０２ｂには、Ｔｉの熱拡散とプロトン交換とを双方
施し、両脇の領域２０２ａおよび２０２ｂにプロトン交
換のみを施すことにより形成した。Ｔｉ熱拡散とプロト
ン交換の双方が施されている中央の領域２０２ｂは、Ｔ
ｉ熱拡散を施したときとほぼ同じような屈折率を示し、
ｘ偏光についても、ｚ偏光についても屈折率が基板より
高いが、両脇の領域２０２ａ、２０２ｂは、ｚ偏光に対
してのみ屈折率が基板より高い。

【００１９】したがって、中央部の領域２０２ｂの幅
を、ｘ偏光についてシングルモード導波路となるように
形成し、３つの領域２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃを合
わせた幅を、ｚ偏光についてダブルモード導波路となる
ように形成する。これにより、照明光（ｘ偏光）は、領
域２０２ｂのみで伝搬され、反射光（ｚ偏光）は、３つ
の領域２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃで伝搬されるた
め、主幹チャネル導波路２は、照明光に対してはシング
ルモード導波路であって、反射光に対してはダブルモー
ド導波路となる。

【００２０】左右の枝チャネル導波路３、４は、図１２
（ａ）のように、プロトン交換のみを施すことにより、
ｚ偏光に対して、導波路の幅方向についてシングルモー
ド導波路、深さ方向については導波路として機能しない
ように形成した。

【００２１】中央枝チャネル導波路５は、Ｔｉ熱拡散の
みを施すことにより、幅方向について、ｘ偏光とｚ偏光
の双方に対してシングルモード導波路となるように形成
した。

【００２２】また、分岐部６は、Ｔｉ熱拡散で形成され
ている中央枝チャネル導波路５と主幹チャネル導波路２
の中央の領域２０２ｂとを連続させ、プロトン交換で形
成されている左右の枝チャネル導波路３、４と主幹チャ
ネル導波路２の３つの領域とを結ぶような形状にした。
よって、図１２（ａ）のように、基板１の導波路は、Ｙ
字型のプロトン交換した領域と、その中央部を貫くよう
に配置されたＩ字型のＴｉ熱拡散した領域とを組み合わ
せた形状となる。

【００２３】このようなＴｉ熱拡散とプロトン交換とを
組み合わせた導波路を製造する際には、Ｔｉ熱拡散時に
高温処理する必要があるため、先にＩ字型にＴｉ熱拡散
を施し、その後でＹ字型にプロトン交換を施す。

【００２４】図１の本実施例のモード干渉型レーザ走査
顕微鏡の構成についてに更に説明する。中央枝チャネル
導波路５の上端には、ｘ偏光を入射させるように主レー
ザ光源１０が接続されており、右枝チャネル導波路４の
上端には右光検出器１２が接続されている。左枝チャネ
ル導波路３の上端の空間には、上端から出射した光の光
軸上に、集光レンズ１６と、較正光入射用ビームスプリ
ッタ１７と、左光検出器１１とが順に配置されている。
また、ビームスプリッタ１７により分岐された光軸上に
は、較正用レーザ光源１８が配置され、ｚ偏光の較正光
を左枝チャネル導波路３に入射させている。

【００２５】左光検出器１１の出力信号は、増幅器３４
とを介して主差動増幅器３２に入力されている。右光検
出器１２の出力信号は、主差動増幅器３２の入力されて
いる。主差動増幅器３２の出力、すなわち主差動信号Ｓ
_Mは制御装置３０に入力されている。

【００２６】また、制御装置３０には、モニタ３３と、
ユーザが検出したい情報の種類、例えば位相情報や振幅
情報の設定の受け付けをするための受付装置９７とが接
続されている。

【００２７】制御装置３０の構成について更に説明す
る。制御装置３０は、ＣＰＵ９１、ＲＡＭ９４、Ａ／Ｄ
変換器９２、９３、９６、および、Ｄ／Ａ変換器９５を
備えている。受付装置９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に、差
動増幅器３５は、Ａ／Ｄ変換器９３に、主差動増幅器３
２は、Ａ／Ｄ変換器３２にそれぞれ接続され、ＣＰＵ９
１に信号を入力する。また、電圧印加装置３１は、Ｄ／
Ａ変換器９５に接続され、ＣＰＵ９１から制御信号を受
ける。また、図９には示していないが、モニタ３３は、
Ｄ／Ａ変換器を介してＣＰＵ９１と接続されている。

【００２８】主幹チャネル導波路の端面２ａの下方の空
間には、端面２ａから出射された光の光軸上に、１／４
波長板１９、較正光出射用ビームスプリッタ２０、２次
元スキャナ１３、集光光学系１４、および、被検物体１
５がその順に配置されている。較正光出射用ビームスプ
リッタ２０で分岐された光軸上には、集光レンズ２１と
２分割フォトダイオード２２とがその順に配置されてい
る。

【００２９】２分割フォトダイオード２２の出力信号
は、較正用差動増幅器３５に入力されており、較正用差
動増幅器３５の出力、すなわち差動信号Ｓ_Cは、制御装
置３０に入力されている。また、２次元スキャナ１３に
は制御装置３０からの制御信号が入力され、制御装置３
０によってその動作が制御されている。

【００３０】２分割フォトダイオード２２は、図２に示
すように、２分割された一対の受光面２２ａを有する。
一対の受光面２２ａは、主幹チャネル導波路２の端面２
ａから出射された光のうち、光軸よりも左側の光と右側
の光をそれぞれ受光するように配置されている。よっ
て、受光面２２ａには主幹チャネル導波路の端面２ａで
の光の強度分布が結像する。

【００３１】第１の実施の形態のモード干渉型レーザ走
査顕微鏡は、以上のように、基板１上に形成された情報
検出デバイスと、その周辺に配置された光学部品および
電気回路により構成されている。

【００３２】つぎに、第１の実施の形態のモード干渉レ
ーザ走査顕微鏡の動作について説明する。

【００３３】主光源１０から発せられたｘ偏光の照明光
は、中央枝チャネル導波路５を伝搬し、分岐部６によっ
て主幹チャネル導波路２に入射しこれを伝搬して、主幹
チャネル導波路の端面２ａから出射する。主幹チャネル
導波路２は、ｘ偏光に対してはシングルモード光導波路
として機能するから、中央枝チャネル導波路５と主幹チ
ャネル導波路２とが厳密に同軸に接続されていなくて
も、照明光は、主幹チャネル導波路２を０次モードのみ
で伝搬する。よって、主幹チャネル導波路の端面２ａに
おける照明光の強度分布に片寄りは生じず、左右対称な
照明光が出射される。

【００３４】主幹チャネル導波路の端面２ａから出射し
たｘ偏光の照明光は、１／４波長板１９を透過すること
によって円偏光に変換される。次いで照明光の一部は較
正光出射用ビームスプリッタ２０を透過し、残部はビー
ムスプリッタ２０によって反射する。ビームスプリッタ
２０によって反射した照明光は、集光レンズ２１によっ
て２分割フォトダイオード２２上に集光するが、照明光
に片寄りがないため、照明光に起因する較正用動信号Ｓ
_Cは０である。一方、ビームスプリッタ２０を透過した
照明光は、２次元スキャナ１３を通過することによっ
て、ｘ，ｚ方向に走査され、集光光学系１４によって被
検物体１５上に集光される。そして、被検物体１５によ
って反射される。

【００３５】被検物体１５によって反射された反射光
は、照射された時の光路を逆進し、１／４波長板１９を
透過することによって、照射時の偏光方向と直交する方
向の偏光、すなわちｚ偏光に変換され、主幹チャネル導
波路２の端面２ａに集光して、主幹チャネル導波路２内
に入射する。主幹チャネル導波路の端面２ａはピンホー
ルと同様の働きをするため、この顕微鏡はコンフォーカ
ルレーザ走査顕微鏡となる。

【００３６】ここで被検物体１５の反射面に左右方向の
傾斜がある場合、あるいは、反射面の反射率に左右方向
の傾斜がある場合は、これに応じて反射光の位相分布あ
るいは振幅分布は左右方向に傾斜する。主幹チャネル導
波路２はｚ偏光に対しては左右方向にダブルモード光導
波路として機能するから、位相分布または振幅分布が左
右方向に傾斜した反射光が主幹チャネル導波路２に入射
すると、主幹チャネル導波路２では０次モード光のほか
１次モード光が励振され、両モード光の干渉により、主
幹チャネル導波路２内を伝搬する光の強度分布は左右に
蛇行する。

【００３７】主幹チャネル導波路２を伝搬した反射光
は、分岐部６に達した際の左右方向の片寄りに応じて各
枝チャネル導波路３、４に分岐される。そのうち右枝チ
ャネル導波路４を伝搬した光は、右光検出器１２によっ
て検出される。他方、左枝チャネル導波路３を伝搬した
光は、集光レンズ１６と較正光入射用ビームスプリッタ
１７とを透過して、左光検出器１１に集光し、これに検
出される。

【００３８】左光検出器１１の出力信号は、集光レンズ
１６とビームスプリッタ１７を透過した際に生じる強度
の損失を補填するように、増幅器３４によって増幅され
る。

【００３９】右光検出器１２の出力と増幅器３４の出力
の差は、主差動増幅器３２によって計算される。制御装
置３０は、主差動信号Ｓ_Mが取り込まれたときに２次元
スキャナ１３が走査した光スポットの被検物体１５上で
の位置と、主差動信号Ｓ_Mの強度とを対応させた画像を
合成し、モニタ３３に表示させる。この画像は、被検物
体１５の位相分布または振幅分布の傾斜、すなわち微分
像を表す。

【００４０】こうして主幹チャネル導波路２を伝搬する
光の強度分布の変化のうち、位相情報より被検物体１５
の反射面の傾斜が検知され、振幅情報より被検物体１５
の反射率の傾斜が検知される。また、位相情報と振幅情
報を任意の割合で混合させれば、任意のコントラストで
被検物体１５の微分像が得られる。

【００４１】取り出したい情報の設定、すなわち、位相
情報、振幅情報、位相情報と振幅情報とを任意の割合で
含んだ情報のいずれが取り出されるかは、主幹チャネル
導波路２の完全結合長に依存する。この完全結合長を電
極７から印加する電圧によって制御することにより、取
り出す情報の種類を設定することができる。

【００４２】主幹チャネル導波路２のダブルモード領域
の長さをＬとし、完全結合長、すなわち主幹チャネル導
波路２をダブルモードにて伝搬する反射光の０次モード
光と１次モード光との位相差が１８０゜となる長さをＬ
_Cとすると、Ｌ＝Ｌ_C（２ｍ＋１）／２（ｍ＝０、１、２、…） …（１）となるとき、被検物体１５の位相情報のみが検出され、Ｌ＝ｍＬ_C （ｍ＝１、２、…） …（２）となるとき、被検物体１５の振幅情報のみが検出され、
主幹チャネル導波路２のダブルモード領域の長さＬが
（１）、（２）式以外の任意の長さのとき、位相情報と
振幅情報とが任意の割合で検出される。

【００４３】主幹チャネル導波路２のダブルモード領域
の長さＬとは、光が実質的にダブルモードで伝搬する長
さをいい、必ずしも主幹チャネル導波路２の物理的な長
さとは一致しない。例えば本実施例のように、主幹チャ
ネル導波路２の上端の分岐部６において３本のシングル
モードのチャネル導波路３、４、５が接続されている場
合、各チャネル導波路間の距離が十分に離隔していない
領域では、各チャネル導波路間で光結合が起こって、そ
の領域では光がダブルモードで伝搬することがある。こ
のため、主幹チャネル導波路２のダブルモード領域の長
さＬとは、分岐部６等も含めて、光が実質的にダブルモ
ードで伝搬する長さである。

【００４４】他方、完全結合長Ｌ_Cは、両電極７間に電
圧を印加して主幹チャネル導波路２に電界を発生させる
ことによって、変化させることができる。すなわち電極
７に印加する電圧を制御することによって完全結合長Ｌ
_Cを変化させ、こうして被検物体１５の位相情報、振幅
情報あるいは位相情報と振幅情報を一定の割合で含んだ
情報を任意に観察することができる。

【００４５】しかしながら主幹チャネル導波路２に電界
を印加する場合、ＤＣドリフトと呼ばれる現象が現れ、
主幹チャネル導波路に精度良く電界を印加できなくなる
という問題がある。ＤＣドリフトは、光導波路の近傍に
バッファ層を介して形成されている電極７に長時間電圧
を印加すると、基板１表面で電荷が移動し、あるいは、
バッファ層内で電荷が移動して反電界が生じ、主幹チャ
ネル導波路２に電界が有効に印加されなくなる現象であ
る。上述のように、主幹チャネル導波路２に入射する光
から取り出される情報の種類は、主幹チャネル導波路に
印加する電圧によって制御される完全結合長の長さに依
存している。

【００４６】したがってＤＣドリフトが生じると、電極
７から印加している電圧と、実際に主幹チャネル導波路
２に印加されている電圧とが異なり、完全結合長を精度
良く制御することができなくなるから、主幹チャネル導
波路に入射している光のどのような情報を観察している
のかが不明となる。そのため、本実施の形態では、較正
光を用いることにより、以下のようにして、主幹チャネ
ル導波路２に実質的に印加すべき電圧の大きさと、主幹
チャネル導波路２に実質的に印加されている電圧の大き
さとの差ΔＶ_Tを求め、これを用いて、電極７に印加す
る電圧を増減させることにより、主幹チャネル導波路２
に実質的に印加されている電圧を目的とする電圧の大き
さに制御している。

【００４７】まず、主幹チャネル導波路２に実質的に印
加されている電圧の大きさを調べるために、較正光を用
いて差動信号Ｓ_Cを得る。

【００４８】較正用光源１８から発せられたｚ偏光の較
正光は、較正光入射用ビームスプリッタ１７によって反
射し、集光レンズ１６によって集光して、左枝チャネル
導波路３に入射する。較正光は左枝チャネル導波路３を
０次モードで伝搬した後、分岐部６より主幹チャネル導
波路２に入射する。左枝チャネル導波路３と主幹チャネ
ル導波路２とは同軸に配置されておらず、且つ主幹チャ
ネル導波路２はｚ偏光に対してはダブルモード光導波路
として機能するから、主幹チャネル導波路２には０次モ
ード光のほか１次モード光が励振され、両モード光の干
渉により主幹チャネル導波路２内を伝搬する較正光の強
度分布は左右に蛇行し、端面２ａに達する。この較正光
の左右の蛇行の周期は、主幹チャネル導波路２の完全結
合長に依存している。よって、端面２ａにおける較正光
の左右の片寄りは、主幹チャネル導波路２の現状の完全
結合長を表しており、これはすなわち、ＤＣドリフトの
影響を含めて主幹チャネル導波路２の実質的に印加され
ている電圧の大きさを表している。

【００４９】主幹チャネル導波路２の端面２ａから出射
したｚ偏光の較正光は、１／４波長板１９を透過するこ
とによって円偏光に変換される。次いで較正光の一部は
較正光出射用ビームスプリッタ２０を透過し、残部はビ
ームスプリッタ２０によって反射する。

【００５０】ビームスプリッタ２０を透過した較正光
は、被検物体１５によって反射して円偏光に変換されて
往路を逆進し、１／４波長板１９を透過することによっ
てｘ偏光に変換されて主幹チャネル導波路２に入射す
る。主幹チャネル導波路２はｘ偏光に対してはシングル
モード光導波路として機能するから、１次モード光は励
振されない。しかも左右の枝チャネル導波路３、４は、
ｘ偏光に対しては光導波路として機能しないから、較正
光に起因する主差動信号Ｓ_Mは０であり、被検物体１５
の観察には何等影響を与えない。

【００５１】他方、ビームスプリッタ２０によって反射
した較正光は、集光レンズ２１によって２分割フォトダ
イオード２２上に集光し、その強度分布が差動信号Ｓ_C
として得られる。

【００５２】本発明では、制御装置３０がこの差動信号
Ｓ_Cを用いて、電圧印加装置３１を制御することによ
り、電極７から主幹チャネル導波路２に印加される電圧
を最適な値に保つ。

【００５３】ここで、制御装置３０の具体的な制御動作
を説明する前に、差動信号Ｓ_Cを用いる制御の原理につ
いて数式を用いて説明する。

【００５４】主幹チャネル導波路２の長さが完全結合長
の整数倍のとき、すなわち上述の（２）式が成立してい
るときには、枝チャネル導波路３から主幹チャネル導波
路２に入射した較正光は、主幹チャネル導波路２の端面
２ａにおいて左方または、右方にもっとも片寄ってい
る。よって、２分割フォトダイオード２２の受光面での
強度分布も、左右の一方に最も片寄る。また、主幹チャ
ネル導波路２の長さが、（２）式の長さより完全結合長
の半分だけ長いとき、又は短いとき、すなわち（１）式
が成立しているときには、主幹チャネル導波路２の端面
において、較正光は左右の中央に位置する。よって、２
分割フォトダイオード２２の受光面での強度分布は、左
右均等になる。

【００５５】よって、電極７に印加する電圧Ｖを連続的
に変化させることにより、主幹チャネル導波路２の完全
結合長の長さ連続的に変化させると、差動信号Ｓ_Cは、
図３（ａ）のグラフに示すように、ほぼ正弦カーブを描
いて変化する。図３（ａ）のグラフにおいて差動信号Ｓ
_Cが０となるとき、たとえば電圧ＶがＶ₁、Ｖ₃、Ｖ₅とな
るときが、（１）式が成立している状態であり、このと
き主差動信号Ｓ_Mは被検物体１５の位相情報を検出して
いる。また、差動信号Ｓ_Cが極値となるとき、たとえば
電圧ＶがＶ₂、Ｖ₄となるときが、（２）式が成立してい
る状態であり、このとき主差動信号Ｓ_Mは被検物体１５
の振幅情報を検出している。また、差動信号Ｓ_Cが、上
記２条件以外のとき、主差動信号Ｓ_Mは被検物体１５の
位相情報と振幅情報をそのときの完全結合長に応じた割
合で混合した情報、すなわちある任意のコントラストの
情報を検出している。

【００５６】しかし、ＤＣドリフトが生じると、主幹チ
ャネル導波路２に印加される実質的な電界が変化するた
め、図３（ｂ）のグラフに示すように、位相情報を検出
するために必要な電圧は例えばＶ₁からＶ_1'に変化し、
振幅情報を検出するための電圧はＶ₂からＶ_2'に変化す
る。この必要な電圧の変化は、ＤＣドリフトの大きさに
依存するため、ＤＣドリフトの大きさによって、電極７
から主幹チャネル導波路２に加える電圧を増減させる必
要がある。

【００５７】電極７に印加する電圧Ｖを変化させること
により、主幹チャネル導波路２の完全結合長の長さを変
化させると、差動信号Ｓ_C（Ｖ）は、上述のように正弦
カーブを描くため、Ｓ_C（Ｖ）＝Ａsin（π（Ｖ−Ｖ₁）／Ｖ_π） …（３）と表せ、図４（ａ）に示すように変化する。ただし、Ａ
は差動信号Ｓ_C（Ｖ）の振幅、Ｖ_πは半波長電圧を表
す。しかしながら、Ａは、情報検出デバイスの形状や製
造条件等によって微妙に異なるため、本発明では、
（３）式をそのまま用いるのではなく、情報検出デバイ
スの特性Ａに依存せず、主幹チャネル導波路２の完全結
合長を任意の長さに制御するための電圧の制御方法を提
供する。このために、以下のような数式を用いる。すな
わち、差動信号Ｓ_C（Ｖ）を電圧に対して微分した微分
信号Ｓ_D（Ｖ）＝ｄＳ_C（Ｖ）／ｄＶは、Ｓ_D（Ｖ）＝Ａ（π／Ｖ_π）cos（π（Ｖ−Ｖ₁）／Ｖ_π） …（４）となり、図４（ｂ）に示すようになる。ここで、Ｓ
_C（Ｖ）とＳ_D（Ｖ）の比をとることにより、Ａをキャン
セルすることができ、Ｓ_D（Ｖ）≠０として、Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ）＝（π／Ｖ_π）tan（π（Ｖ−Ｖ₁）／Ｖ_π）…（５）が得られる。（５）式を変形すると、Ｓ_T（Ｖ）＝π（Ｖ−Ｖ₁）／Ｖ_π ＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき） …（６）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０のとき） …（７）なるＳ_T（Ｖ）を定義することができる。

【００５８】Ｓ_T（Ｖ）は、図４（ｃ）のように変化す
る。また、図４（ａ）、（ｃ）からわかるように、電圧
Ｖ₁からＶ₅の間において、差動信号Ｓ_Cと電圧Ｖとは、
１対多の関係であるのに対し、Ｓ_Tと電圧Ｖとは、１対
１の関係である。したがって、Ｓ_Tを求めることができ
れば、主幹チャネル導波路に印加されている実質的な電
圧Ｖの大きさが一義的に求まる。Ｓ_T（Ｖ）は、測定に
より求めたＳ_C（Ｖ）、Ｓ_D（Ｖ）を（６）式に代入する
ことにより求めることができる。

【００５９】電圧Ｖ_Mにおける微分信号Ｓ_D（Ｖ_M）は、
差動信号Ｓ_C（Ｖ_M）の微分信号であるため、近似的に以
下のように求めることができる。すなわち図５のよう
に、Ｖ_Mから予め定めた微小電圧αだけ大きい電圧Ｖ_D2
を電極７に印加し、差動信号Ｓ_C（Ｖ_D2）を測定し、さ
らに、Ｖ_Mから予め定めた微小電圧だけ小さい電圧Ｖ_D1
を電極７に印加し、差動信号Ｓ_C（Ｖ_D1）を測定し、以
下の式に代入すると、Ｓ_D（Ｖ_M）は、Ｓ_D（Ｖ_M）＝（Ｓ_C（Ｖ_D2）−Ｓ_C（Ｖ_D1））／（Ｖ_D2−Ｖ_D1） …（８）でほぼ近似できる。このＳ_D（Ｖ_M）およびＳ_C（Ｖ_M）用
いて、（６）式、（７）式からＳ_Tを求めることができ
る。

【００６０】求めたＳ_T（Ｖ）の値と図４（ｃ）のグラ
フとを用いると、電極７の電圧にＤＣドリフトの影響を
加えて実際に主幹チャネル導波路２に加わっている実質
的な電圧Ｖを求めることができる。

【００６１】また、図４（ｃ）からわかるように、主幹
チャネル導波路に実質的に加えられている電圧Ｖが、位
相情報検出に最適な電圧Ｖ₁、Ｖ₃、Ｖ₅のときには、Ｓ_T
（Ｖ）は０あるいは±πとなる。また、電圧Ｖが振幅情
報検出に最適な電圧Ｖ₂、Ｖ₄のときには、Ｓ_T（Ｖ）は
±π／２となる。また、電圧Ｖが位相情報と振幅情報と
をある任意の割合で混合した情報を検出するのに最適な
電圧のときには、Ｓ_T（Ｖ）は、０〜π／２、π／２〜
π、−π〜−π／２、−π／２〜０の間のある値とな
る。

【００６２】上述のような原理を用いれば、ユーザから
必要な情報（例えば、位相情報）に対応するＳ_T（Ｖ）
の値を予め受け付けておき、差動信号Ｓ_Cから演算によ
り求めたＳ_T（Ｖ）の値とユーザが定めたＳ_T（Ｖ）の値
を比較することにより、両者が一致している場合には、
現在取り出している被検物体１５の情報が目的とする情
報であると判断できる。また、両者が一致していない場
合には、図４（ｃ）のグラフを利用することにより、両
者を一致させるためには、どれくらい電圧を増加または
減少させるべきかを求めることができる。このような方
法を用いて、電極７から主幹チャネル導波路２に加える
電圧を制御することにより、ＤＣドリフトが生じている
場合に、実質的に主幹チャネル導波路２に加えられる電
圧を制御でき、目的とする情報を常に取り出すことがで
きる。

【００６３】このような制御を行うために、本発明の制
御装置３０内のＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９４内のプログラ
ムにしたがって図１０、図１１のフローチャートに示す
ように動作する。

【００６４】予めＲＡＭ９４には、図１０、図１１のフ
ローチャートで表される電圧制御プログラムと、２次元
スキャナ１３を制御するとともに、主差動信号Ｓ_Mを処
理してモニタ３３に表示させる画像を形成するプログラ
ムと、図４（ｃ）のグラフに示されているような情報検
出デバイスのＳ_TとＶとの関係を表すテーブルが格納さ
れている。このテーブルは、ユーザにより設定されたＳ
_Tから、初期値として印加する大まかな電圧Ｖ_Mを定める
ためのテーブルであり、実際のその情報検出デバイスに
ついての厳密なＶ_πやＶ₁の値がわからない状態で予め
大まかに定めたものでよい。また、テーブルとして複数
の値を定めることが較正上困難な場合には、一定値でも
よい。

【００６５】ＣＰＵ９１は、まず、後のステップで用い
るＶ_πを求める動作をステップ１０１で行う。このため
電圧Ｖを予め定めた範囲で走査させながら、差動増幅器
３５から差動信号Ｓ_Cを取り込む。そして、差動信号Ｓ_C
が０の値をとったときの電圧Ｖの差を求めることによ
り、Ｖ_πを求める。電圧Ｖの走査範囲は、その情報検出
デバイスで予想されるＶ_πを十分含む範囲、例えば２Ｖ
_π程度とする。

【００６６】つぎに、ステップ１０２として、受付装置
９７にユーザが設定したＳ_T（Ｖ）の値を取り込む。受
付装置は、−π以上＋π以下の値を受け付け可能であ
る。ユーザは、例えば、位相情報を検出したい場合に
は、受付装置９７に０あるいは±πを設定し、振幅情報
を検出したい場合には、受付装置９７に±π／２を設定
し、両者が任意の割合で混合した情報を検出した場合に
は、上述の値以外の任意の値を設定する。

【００６７】ＣＰＵ９１は、ステップ１０２で取り込ん
だＳ_Tに対応する電圧Ｖ_Mを上述のテーブルから読み出
し、電圧印加装置３１にＶ_Mを出力するように指示する
（ステップ１０３）。そして、差動増幅器３５からＳ_C
（Ｖ_M）を取り込む（ステップ１０４）。

【００６８】また、電圧印加装置３１の出力を予め定め
た微小電圧αだけ増加させて、Ｖ_D2＝Ｖ_M＋αにさせ
る。そして、差動増幅器３５からＳ_C（Ｖ_D2）を取り込
む。続けて、電圧印加装置３１の出力をＶ_D1＝Ｖ_M−α
とさせ、差動増幅器３５からＳ_C（Ｖ_D1）を取り込む。
（ステップ１０５〜１０８）そして、ステップ１０６、１０８で取り込んだＳ_C（Ｖ
_D2）およびＳ_C（Ｖ_D1）、ならびに、そのときのＶ_D2、
Ｖ_D1の値を上述の（８）式に代入して、Ｓ_D（Ｖ_M）の近
似値を求める（ステップ１１１）。

【００６９】さらに、ステップ１０４で取り込んだＳ_C
（Ｖ_M）と、ステップ１１１で求めたＳ_D（Ｖ_M）と、ス
テップ１０１で求めたＶ_πとを、（６）式、（７）式に
代入して、Ｓ_T（Ｖ_M）を求める（ステップ１１２）。こ
こで、求められたＳ_T（Ｖ_M）は、実際に主幹チャネル導
波路２を伝搬してきた較正光の端面２ａにおける出射位
置から求められたものであり、電極７から印加された電
圧の大きさにＤＣドリフトの影響を加え合わせた実質的
な主幹チャネル導波路２の光伝搬の状態を表している。
図４（ｃ）のグラフにおいて、ユーザが設定したＳ
_T（Ｖ）の値に対応する電圧Ｖが主幹チャネル導波路２
に加えるべき電圧であるのに対し、実質的に印加されて
いる電圧は、ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値に
対応する電圧Ｖであるということになる。したがって、
両者の電圧の差ΔＶ_Tを求め、現在電極７から印加して
いる電圧Ｖ_MをΔＶ_Tだけ増加させることにより、実際の
Ｓ_T（Ｖ）の値をユーザが設定したＳ_T（Ｖ）の値に較正
することができる。ここで、ΔＶ_Tを求めるためには、
図４（ｃ）のグラフが必要であるが、図４（ｃ）のグラ
フは、切片の値および傾斜が個々の情報検出デバイスに
よって微妙に異なるため、図４（ｃ）のグラフを情報検
出デバイスごとにそれぞれ用意するのは困難である。本
発明では、ステップ１０１でもとめたＶ_πから容易に求
めることのできるグラフの傾斜のみを用いて、正確なΔ
Ｖ_Tを求めるため、ステップ１１４〜１１６を行ってい
る。

【００７０】まず、ステップ１１３のように、ステップ
１０２で取り込んだユーザが定めたＳ_T（Ｖ）の値と、
ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値との差を求め、
これをΔＳ_Tとする。図４（ｃ）のグラフの傾きは、ス
テップ１０１で求めたＶ_πによりπ／Ｖ_π で表すこと
ができるため、ΔＳ_T×（Ｖ_π／π）を計算することに
より、図４（ｃ）に示したΔＶ_Tを求めることができ
る。したがって、電圧印加装置３１の出力Ｖ_MをΔＶ_Tの
み増加させる（ステップ１１６、１１７）。これによ
り、そのときのＤＣドリフトが一定で有れば、実質的に
主幹チャネル導波路２に印加される電圧を、目的とする
情報を得るために必要な電圧と一致させることができ
る。

【００７１】しかしながら、ステップ１１２で求めたＳ
_T（Ｖ）の値とユーザが設定したＳ_T（Ｖ）の値の間に、
図４（ｃ）のＶ₃の値があるときには、Ｓ_Tの値がＶ₃に
おいて不連続であるために上述のように単にグラフの傾
きのみからΔＶ_Tを求めることができない。このため、
本発明では、ステップ１１３とステップ１１６の間にス
テップ１１４、１１５、１１８、１１９を配置してい
る。

【００７２】ステップ１１４では、ΔＳ_Tの絶対値がπ
より大きいかどうかを判断する。πより小さい場合に
は、ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値とユーザが
定めたＳ_T（Ｖ）の値との間にＶ₃が無いと判断できるの
で、そのままステップ１１６に進めばよい。ΔＳ_Tの絶
対値がπより大きい場合には、ステップ１１２で求めた
Ｓ_T（Ｖ）の値とユーザが定めたＳ_T（Ｖ）の値との間に
Ｖ₃があると判断できるので、ステップ１１２で求めた
Ｓ_T（Ｖ）の値に２πを加えるかまたは２πを差し引く
ことにより、ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値
を、ユーザが定めたＳ_T（Ｖ）の値の位置するグラフの
直線の仮想的な延長線上に位置させる。

【００７３】すなわち、ステップ１１５では、ステップ
１０２で取り込んだユーザが設定したＳ_T（Ｖ）の値
が、正である場合には、求めたＳ_T（Ｖ）の値が負側に
あるので、求めたＳ_T（Ｖ）の値に２π加えることによ
り、ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値をユーザが
定めたＳ_T（Ｖ）の値の位置するグラフの直線の延長線
上に位置させることができる。よって、ステップ１１８
のように、（ユーザが定めたＳ_T）−（ステップ１１２
で求めたＳ_T＋２π）＝ΔＳ_Tとすることにより、仮想的
な延長線上での両者の差ΔＳ_Tを求める。逆に、ステッ
プ１１５で、ユーザが定めたＳ_Tが負の値であるとき
は、ステップ１１２で求めたＳ_T（Ｖ）の値から２πを
差し引き、（ユーザが定めたＳ_T）−（ステップ１１２
で求めたＳ_T−２π）＝ΔＳ_Tとすることにより、仮想的
な延長線上での両者の差ΔＳ_Tを求める。このΔＳ_Tを用
いることにより、ステップ１１６、１１７を実行するこ
とにより、情報検出デバイスにおける図４（ｃ）のグラ
フのＶ₃の値が不明であっても、グラフの傾斜のみで電
圧印加装置３１の出力を構成することができる。

【００７４】ステップ１１７が終了した場合には、ステ
ップ１０４に戻ることにより、ＤＣドリフト量の変化に
対応して、電圧印加装置３１の電圧の較正を行うことが
できる。

【００７５】ＣＰＵ９１がこのような制御を行うことに
より、位相情報を検出したいときは、Ｓ_T（Ｖ_M）が０あ
るいは±πになるようにＣＰＵ９１で主電圧Ｖ_Mを調整
し、振幅情報を検出したいときは、Ｓ_T（Ｖ_M）が±π／
２になるようにＣＰＵ９１で主電圧Ｖ_Mを調整し、位相
情報と振幅情報をある一定の割合で検出したいときは、
Ｓ_T（Ｖ_M）がそれに対応した値になるようにＣＰＵ９１
で主電圧Ｖ_Mを調整すれば、長時間にわたってＤＣドリ
フトの影響から逃れることができ、精度良く情報を検出
することができる。

【００７６】また、上述の図１０、図１１の制御動作以
外に、ＣＰＵ９１は、２次元スキャナ１３を制御して、
被検物体１５上で一定の範囲内で光スポットを走査さ
せ、そのときの主差動増幅器３２の差動信号Ｓ_Mをとり
こみ、光スポットの位置と差動信号Ｓ_Mとを対応させて
モニタ３３に表示させる制御を行っている。図１０、図
１１の制御動作は、本実施の形態では、モニタ３３に１
フレームを表示させるごとに行う。ただし、これに限ら
ず、ＤＣドリフトの大きさが一定の値に達する時間いわ
ゆる緩和時間が短い情報検出デバイスには、短い間隔で
図１０、図１１の動作を行い、緩和時間が長い情報検出
デバイスでは、長い間隔で図１０、図１１の動作を行う
ようにすることができる。この間隔は、一定の時間で定
める構成や、差動信号Ｓ_Mを取り込む回数により定める
構成にすることもできる。

【００７７】また、図１０、図１１では、極近傍電圧Ｖ
_D1、Ｖ_D2として主電圧と異なる２点をとり説明したが、
極近傍電圧Ｖ_D1、Ｖ_D2のいずれか一方を主電圧Ｖ_Mとし
てもほぼ同様な計算が近似的に成り立つといえるので上
述した同様の制御が可能である。

【００７８】ところで、電極７に印加する電圧は主電圧
Ｖ_Mのみならず、その極近傍電圧Ｖ_D1、Ｖ_D2が印加され
ることになるので、左右の光検出器１１、１２の出力も
変化する。この出力変化が被検物体の情報検出に影響を
与えないようにするためには、出力の変化が差動信号Ｓ
_Mを取り込むＡ／Ｄ変換器９２の１ｂｉｔ内におさえこ
まれるように電圧の変化量αを定め、極近傍電圧Ｖ_D1、
Ｖ_D2を設定するか、または、被検物体の情報検出を行っ
ていない時間、例えば、各画像を取り込む間の時間を利
用して一連の電圧の制御を行う。

【００７９】次に、本発明の第２の実施の形態によるモ
ード干渉型レーザ走査顕微鏡について、図６を用いて説
明する。

【００８０】本実施の形態は、第１の実施の形態のモー
ド干渉型レーザ走査顕微鏡とほぼ同様な構成であるが、
基板１は、ＬｉＮｂＯ₃の結晶軸ｘ、ｙ及びｚのうちｚ
軸に直交する平面でカットして形成されており、各チャ
ネル導波路はｘ軸方向に形成されている。このため主幹
チャネル導波路２の屈折率を変調するための電極７は、
主幹チャネル導波路２の上面と両側とに設けられてお
り、これらの上面と両側との電極７間に電圧Ｖを印加す
ることにより、主幹チャネル導波路２の深さ方向の縦電
界を発生させる。

【００８１】左枝チャネル導波路３には、近接して較正
光入射チャネル導波路８が配置されている。左枝チャネ
ル導波路３とチャネル導波路８とが近接する部分は、方
向性結合器による光パワー分配器８ａを構成している。
分配器８ａを構成する２本の導波路３、８の接近する部
分の長さは、較正用光源１８が発した光を左枝チャネル
導波路３に結合させる長さに設定されている。

【００８２】較正光入射チャネル導波路８上の上端に
は、各チャネル導波路の深さ方向のｚ偏光の較正光を発
する較正用光源１８が接続されている。また、左枝チャ
ネル導波路３の端面には、検出器１１が直接接続されて
いる。

【００８３】主幹チャネル導波路２は、ｙ偏光に対して
はシングルモード光導波路として機能し、ｚ偏光に対し
ては、枝チャネル導波路を分岐した方向、すなわちｙ軸
方向に、１次モード光を励振するダブルモード光導波路
として機能するように形成されている。中央枝チャネル
導波路５は、ｙ偏光とｚ偏光との双方に対して、シング
ルモード光導波路として機能するように形成されてい
る。左右の枝チャネル導波路３、４と較正光入射チャネ
ル導波路８は、ｚ偏光に対してはシングルモード光導波
路として機能し、ｙ偏光に対しては光導波路として機能
しないように形成されている。

【００８４】中央枝チャネル導波路５の上端には、幅方
向のｙ偏光の照明光を発する主光源１０が接続されてい
る。また、中央枝チャネル導波路５には戻り光防止部材
として、金属クラッディングによる偏光子５ａがバッフ
ァ層を介さずに搭載されている。この偏光子５ａは、深
さ方向の偏光を吸収し、幅方向の偏光を透過する。主光
源１０から出射する照明光は幅方向のｙ偏光であるから
偏光子５ａを透過するが、被検物体１５からの反射光は
１／４波長板１９によって深さ方向のｚ偏光に変換され
ているから、偏光子５ａによって吸収される。

【００８５】このような構成により、反射光は主光源１
０に達することがなく、主光源１０の安定発振が可能と
なる。また、較正用光源１８と検出器１１のアライメン
トが不要となる。また、図１の集光レンズ１６が不要と
なる。

【００８６】他の構成および動作は、第１の実施の形態
と同じであるので説明を省略する。

【００８７】つぎに、図７を用いて、本発明の第３の実
施の形態によるモード干渉型レーザ走査顕微鏡を示す。

【００８８】本実施の形態では、第１の実施の形態と同
様に、ＬｉＮｂＯ₃の結晶軸ｘ、ｙ及びｚのうち、基板
１はｚ軸に直交する平面でカットして形成されており、
各チャネル導波路はｙ軸方向に形成されている。

【００８９】本実施例の中央枝チャネル導波路５は、２
本のチャネル導波路５ｃ、５ｄに分岐され、分岐部に
は、戻り光を防止するためのモードスプリッタ７０が配
置されている。中央左チャネル導波路５ｃと中央右チャ
ネル導波路５ｄは、共にシングルモード光導波路として
形成されている。チャネル導波路５ｃの上端には、ｘ偏
光の照明光を出射する主光源１０が接続されており、中
央右チャネル導波路５ｄの上端には、戻り光検出器３６
が接続されている。

【００９０】モードスプリッタ７０は、ダブルモードチ
ャネル導波路５ｂと、その両側に搭載された一対のモー
ドスプリット用電極５ｅからなる。中央チャネル導波路
５は、ダブルモードチャネル導波路５ｂに偏って接続さ
れている。電極５ｅは、モードスプリット比を調整する
ためのものであり、デバイス作製プロセスのバラツキを
除去するために、設置した方が望ましいが、省略するこ
ともできる。

【００９１】左右の枝チャネル導波路３、４の上部は、
Ｙ分岐の光パワー分配器７１、７２が配置されている。
光パワー分配器７１と７２とは、分割比が等しくなるよ
うに構成されている。そして、左枝チャネル導波路３の
上部は、分配器７１によりチャネル導波路３ａとチャネ
ル導波路３ｂとに分岐されている。チャネル導波路３ａ
の端面には、ｚ偏光の較正光を出射する較正用光源１８
が接続されている。チャネル導波路３ｂの端面には、光
検出器１１が接続されている。

【００９２】また、右枝チャネル導波路４の上部は、分
配器７２によりチャネル導波路４ａとチャネル導波路４
ｂとに分岐されている。チャネル導波路４ａの端面に
は、光検出器１２が接続されているが、チャネル導波路
４ｂの端面には、何も接続されていない。

【００９３】主光源１０から出射したｘ偏光の照明光
は、チャネル導波路５ｃを伝搬して、モードスプリッタ
７０のダブルモード導波路５ｂに偏って入射し、０次モ
ードと１次モードとで伝搬する。そして、中央枝チャネ
ル導波路５及び主幹チャネル導波路２を伝搬する。

【００９４】被検物体１５からの反射光はｚ偏光に変換
され、主幹チャネル導波路２を伝搬した後、分岐部６に
おいて、左右の枝チャネル導波路３、４と、中央枝チャ
ネル導波路５とに分岐される。中央枝チャネル導波路５
に分岐された光は、モードスプリッタ７０のダブルモー
ドチャネル導波路５ｂに偏って入射し、０次モードと１
次モードとで伝搬する。そして、チャネル導波路５ｄに
入射して、戻り光検出器３６に達する。戻り光検出器３
６による光強度が最大となるように、モードスプリット
用電極５ｅに印加する電圧を調整することにより、反射
光が主光源１０に達するのを防止することができる。な
おモードスプリット用電極５ｅに印加される電圧は戻り
光を防止するだけでなく、主光源からの照明光が中央枝
チャネル導波路５に最大結合するように調整する役割を
兼ねている。

【００９５】主幹チャネル導波路２を伝搬した後、左右
の枝チャネル導波路３、４に入射した光は、双方に設け
た光パワー分配器７１、７２により、分割されるが、両
者の分割比は等しく形成されており、この結果パワー分
割による損失分を補正するための第１の実施の形態で用
いられていた増幅器３４が不要となる。また、較正用光
源１８と検出器１１とをチャネル導波路３ａ、３ｂに直
接接続することができるため、アライメントが不要にな
る。さらに、第１の実施の形態で用いていた集光レンズ
１６も不要になる。

【００９６】他の構成は、第１の実施の形態と同様であ
るので説明を省略する。

【００９７】さらに、図８を用いて、本発明の第４実施
の形態によるモード干渉型レーザ走査顕微鏡について説
明する。

【００９８】本実施の形態では、第１の実施の形態では
用いていた中央枝チャネル導波路５を用いていない。主
幹チャネル導波路２はｘ偏光及びｚ偏光に対してダブル
モード光導波路として機能する。左右の枝チャネル導波
路３、４はｘ偏光及びｚ偏光に対してシングルモード光
導波路として機能する。

【００９９】主幹チャネル導波路２の端面２ａと被検物
体１５との間に、偏光板２３、較正光出射用ビームスプ
リッタ２０、照明光入射用ビームスプリッタ２４、１／
４波長板１９、２次元スキャナ１３、および集光光学系
１４を順に配置している。偏光板２３は、ｘ偏光、ｚ偏
光のいずれか一方の偏光をカットして、いずれか他方の
偏光を透過するように配置されている。また、照明光入
射用ビームスプリッタ２４には、主光源１０からのいず
れか一方の偏光の照明光が入射している。

【０１００】図８の構成では、光源１０から発せられた
照明光は、ビームスプリッタ２４で偏光され、１／４波
長板１９で円偏光となり、２次元スキャナ１３で走査さ
れ、集光レンズ１４で被検物体１５上に集光される。し
たがって、本実施の形態の構成では、第１の実施の形態
のように、照明光が導波路を通過することがないため、
照明光の強度分布に片寄りが生じるおそれは完全に排除
される。

【０１０１】また被検物体１５で反射して、主幹チャネ
ル導波路２に入射しようとするいずれか一方の偏光の較
正光は、偏光板２３でカットできるため、較正光に起因
する主差動信号Ｓ_Mは完全に０になる。

【０１０２】他の構成は、第１の実施の形態と同じであ
るので、説明を省略する。

【０１０３】上記第２、第３及び第４実施の形態でも、
第１実施の形態と同様に、電極７に印加される電圧Ｖ
は、主電圧Ｖ_Mとその極近傍電圧Ｖ_D1、Ｖ_D2であり、そ
れぞれの電圧に対する差動信号Ｓ_Cから求められるＳ
_T（Ｖ_M）に応じて、主電圧Ｖ_Mを図１０、図１１に示し
たように制御装置３０によって調整すれば、ＤＣドリフ
トの影響を免れることができる。

【０１０４】上記各実施の形態ではモード干渉型レーザ
走査顕微鏡を例にとり説明したが、本発明は顕微鏡に限
定されるものではなく、ダブルモード光導波路と、２本
の枝チャネル導波路と、ダブルモード光導波路に電界を
印加する手段を持つ情報検出デバイスを備えた情報検出
装置であれば、その電界を制御するために本発明を適用
することができる。

【０１０５】また、上記第１の実施の形態では、主幹チ
ャネル導波路２の両側に一対の電極７を配置したが、電
極７の配置は基板１の結晶軸の方向などの状態により、
最適な電界印加方向が依存するので、必ずしも配置が最
適であるとは限らず、例えば、第２の実施の形態のよう
に３電極にすることが望ましい場合もある。また、これ
ら以外の電極配置であっても、主幹チャネル導波路２の
完全結合長Ｌ_Cを変更するように電界を発生する配置で
あればその電極配置を用いることができる。

【０１０６】また上記各実施の形態では、振動鏡や回転
ミラー等のＸ−Ｙ２次元スキャナ１３によって、光スポ
ットを被検物体１５上で走査する構成としたが、走査装
置としては被検物体１５と光スポットとを相対的に移動
させるものであれば良く、したがって光スポットを固定
し、被検物体１５を載置するステージを走査する構成と
することも可能である。

【０１０７】更に上記実施の形態では、２分割フォトダ
イオード２２を用いたが、端面２ａにおける光の分布を
検出することができるものであればよく、２分割フォト
ダイオードに代えて、ＰＳＤやリニアセンサ、ＣＣＤカ
メラ等を用いることもできる。

【０１０８】また、上述の実施の形態では、主幹チャネ
ル導波路２に一方の枝チャネル導波路から光を入射し、
端面２ａにおける光の分布から差動信号Ｓ_Cを得たが、
この方法に限らず、端面２ａに非対称な較正光を入射さ
せる較正光源を配置し、主幹チャネル導波路２を伝搬し
分岐部６で枝チャネル導波路３、４に分岐された較正光
の量の差を差動増幅器３２で求め、これをＳ_Cとして用
いることもできる。この場合には、被検物体１５の情報
検出を行っていない場合に較正光を入射させる必要があ
るが、情報検出時にはＳ_Mを取り出している差動増幅器
３２からＳ_Cを取り出すことができるため装置の構成が
簡単になる。このような構成にした場合にも、Ｓ_Cを図
１０、図１１のフローチャートに従って処理することに
より、電圧を制御できる。

【０１０９】

【発明の効果】以上のように本発明は、主幹チャネル導
波路に印加する電圧として主幹チャネル導波路の任意の
完全結合長に対応する主電圧とその極近傍電圧を用い、
それぞれの電圧に対応する差動信号から得られるを求め
たから、ＤＣドリフトを補正することができる。しか
も、これら一連の補正制御は各画面の間の時間を利用し
て行うから、必要とする情報を支障なく検出することが
でき、したがって高い検出精度を有する光情報検出装置
とモード干渉型レーザ走査顕微鏡とが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態によるモード干渉型レ
ーザ走査顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図２】図１の二分割フォトダイオード２２の受光面の
構成を示す説明図。

【図３】（ａ）ＤＣドリフトがない場合と、（ｂ）ＤＣ
ドリフトがある場合の、図１の差動信号Ｓ_Cと電圧との
関係を示すグラフ。

【図４】（ａ）図１の差動信号Ｓ_Cと電圧との関係を示
すグラフ。（ｂ）Ｓ_Cの微分信号Ｓ_Dを示すグラフ。（ｃ）Ｓ_CとＳ_Dから求めたＳ_Tを示すグラフ。

【図５】差動信号Ｓ_Cから近似的にＳ_Dを求める方法を示
すためのグラフ。

【図６】本発明の第２実施の形態によるモード干渉型レ
ーザ走査顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図７】本発明の第３実施の形態によるモード干渉型レ
ーザ走査顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図８】本発明の第４実施の形態によるモード干渉型レ
ーザ走査顕微鏡の構成を示すブロック図。

【図９】制御装置３０の構成を示すブロック図。

【図１０】制御装置３０の動作を示すフローチャート。

【図１１】制御装置３０の動作を示すフローチャート。

【図１２】図１の基板１上の導波路の詳しい構成を示す
（ａ）説明図。（ｂ）断面図。

【符号の説明】

１…基板２…主幹チャネ
ル導波路２ａ…端面３…左枝チャネ
ル導波路３ａ…チャネル導波路３ｂ…チャネル
導波路４…右枝チャネル導波路４ａ…チャネル
導波路４ｂ…チャネル導波路５…中央枝チャ
ネル導波路５ａ…偏光子５ｂ…チャネル
導波路５ｃ…チャネル導波路５ｄ…チャネル
導波路５ｅ…モードスプリット用電極６…分岐部７…電極８…較正光入射
チャネル導波路８ａ…分配部１０…主光源１１…左光検出器１２…右光検出
器１３…２次元スキャナ１４…集光光学
系１５…被検物体１６…集光レン
ズ１７…較正光入射用ビームスプリッタ１８…較正用光
源１９…１／４波長板２０…較正光出
射用ビームスプリッタ２１…集光レンズ２２…２分割フ
ォトダイオード２２ａ…受光面２２ｂ…受光面
の境界２３…偏光板２４…照明光入
射用ビームスプリッタ３０…制御装置３１…電圧印加
装置３２…主差動増幅器３３…モニタ３４…増幅器３５…較正用差
動増幅器３６…戻り光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出すべき光を一端より入射させて伝搬す
るダブルモードの主幹チャネル導波路と、前記主幹チャネル導波路を伝搬する検出すべき光の対称
性を検出する対称性検出手段と、前記主幹チャネル導波路に電圧を印加する電極と、前記主幹チャネル導波路に非対称な較正光を入射させる
較正光入射手段と、前記主幹チャネル導波路の端部において、伝搬してきた
較正光が前記主幹チャネル導波路の中心からどれくらい
片寄っているかを表す値Ｓ_Cを検出するＳ_C検出手段と、前記電極に電圧を印加する電圧源と、前記電圧源の電圧を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記Ｓ_C検出手段の出力を用いて、前記電極からある電
圧Ｖを印加したときのＳ_C（Ｖ）と、前記Ｓ_C（Ｖ）の微
分信号Ｓ_D（Ｖ）とを求め、これらを下式に代入して、
Ｓ_T（Ｖ）を求め、Ｓ_T（Ｖ）＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０のとき）（ただし、Ｖ_π は、予め定めた定数）このＳ_T（Ｖ）の値が、予め定められた値に一致するよ
うに前記電圧源の電圧を増加または減少させることを特
徴とする光情報検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記Ｓ_C検出手段は、
前記主幹チャネル導波路の前記端部における前記較正光
を受光する２分割の受光素子と、前記２分割の受光素子
の受光強度の差をＳ_Cとして出力する差分手段とを有
し、前記２分割の受光素子の分割された受光部の境界
は、前記主幹チャネル導波路の中心に一致するように配
置されていることを特徴とする光情報検出装置。
【請求項３】請求項１において、前記対称性検出手段
は、前記主幹チャネル導波路を伝搬してきた検出すべき
光を２方に分岐する分岐部と、前記２方に分岐された光
を検出する検出部とを有し、前記較正光入射手段は、前記分岐部の一方から前記主幹
チャネル導波路に較正光を入射させることを特徴とする
光情報検出装置。
【請求項４】請求項１において、ユーザから前記Ｓ
_T（Ｖ）の値を受け付ける受付手段をさらに有し、前記制御手段は、前記受付手段に設定されたＳ_T（Ｖ）
の値を前記予め定められたＳ_T（Ｖ）の値とする手段を
さらに有することを特徴とする光情報検出装置。
【請求項５】請求項１において、前記制御手段は、電圧
Ｖを変化させ、周期的に変化するＳ_C（Ｖ）を半周期変
化させるのに必要な電圧差を求め、これをＶ_πとする手
段をさらに有することを特徴とする光情報検出装置。
【請求項６】請求項５において、前記制御手段は、前記
予め定められたＳ_T（Ｖ）の値と前記求めたＳ_T（Ｖ）の
値との差ΔＳ_Tを求め、これを用いてΔＳ_T×（Ｖ_π／π
）＝ΔＶ_Tを求め、求めたΔＶ_Tだけ、前記電圧源の電
圧を増加させる手段をさらに有することを特徴とする光
情報検出装置。
【請求項７】請求項５において、前記求めたΔＳ_Tの絶
対値がπより大きい場合には、前記ΔＳ_Tに２πを加え
るかまたは２πを差し引いて、絶対値をπより小さくす
る手段をさらに有することを特徴とする光情報検出装
置。
【請求項８】請求項６において、前記制御手段は、前記
微分信号Ｓ_D（Ｖ）を求めるために、電圧をわずかに変
化させてＳ_Cを測定し、そのときのＳ_CとＶとの関係を表
す直線の傾きをＳ_D（Ｖ）とする手段をさらに有するこ
とを特徴とする光情報検出装置。
【請求項９】検出すべき光を一端より入射させて伝搬す
るダブルモードの主幹チャネル導波路と、前記主幹チャ
ネル導波路を伝搬する検出すべき光の対称性を検出する
対称性検出手段と、前記主幹チャネル導波路に電圧を印
加する電極とを有する光情報検出装置の電圧の制御方法
であって、前記主幹チャネル導波路に非対称な較正光を入射させ、前記電圧Ｖを前記電極から印加した場合の主幹チャネル
導波路の端部における較正光の片寄りを表す値Ｓ_Cを検
出し、前記Ｓ_C（Ｖ）の微分信号Ｓ_D（Ｖ）を求め、これらを下式に代入して、Ｓ_T（Ｖ）を求め、Ｓ_T（Ｖ）＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０のとき）（ただし、Ｖ_π は、予め定めた定数）このＳ_T（Ｖ）の値が予め定められた値に一致するよう
に前記電極に印加する電圧を増加または減少させること
を特徴とする光情報検出装置の電圧の制御方法。
【請求項１０】請求項９において、前記Ｓ_T（Ｖ）を求
める前に、電圧Ｖを予め定めた範囲で変化させてＳ
_C（Ｖ）を求め、前記Ｓ_C（Ｖ）を半周期変化させるのに
必要な電圧差を求め、これをＶ_πとすることを特徴とす
る光情報検出装置の電圧の制御方法。
【請求項１１】請求項９において、前記Ｓ_Tを予め定め
られた値と一致させるために、前記予め定められたＳ_T
と前記求めたＳ_Tとの差ΔＳ_Tを求め、これを用いてΔＳ
_T×（Ｖ_π／π ）＝ΔＶ_Tを求め、求めたΔＶ_Tだけ、前
記電極から印加する電圧を増加させることを特徴とする
光情報検出装置の電圧の制御方法。
【請求項１２】請求項１１において、求めた前記ΔＳ_T
の絶対値がπより大きい場合には、前記ΔＳ_Tに２πを
加えるかまたは２πを差し引いて、絶対値をπより小さ
くすることを特徴とする光情報検出装置の電圧の制御方
法。
【請求項１３】請求項９において、前記微分信号Ｓ
_D（Ｖ）を求めるために、電圧をわずかに変化させてＳ_C
を測定し、そのときのＳ_CとＶとの関係を表す直線の傾
きをＳ_D（Ｖ）とすることを特徴とする光情報検出装置
の電圧の制御方法。
【請求項１４】被検物体に照明光を照射するための光源
と、前記被検物体で反射された光の対称性を検出する光
情報検出装置とを有するモード干渉型レーザ走査顕微鏡
であって、前記光情報検出装置は、前記反射光を一端より入射させて伝搬するダブルモード
の主幹チャネル導波路と、前記主幹チャネル導波路を伝搬する検出すべき光の対称
性を検出する対称性検出手段と、前記主幹チャネル導波路に電圧を印加する電極と、前記電極に電圧を印加する電圧源と、前記電圧源の電圧を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記主幹チャネル導波路に非対称な較正光を入射させる
較正光入射手段と、前記主幹チャネル導波路の端部において、伝搬してきた
較正光が前記主幹チャネル導波路の中心からどれくらい
片寄っているかを表す値Ｓ_Cを検出するＳ_C検出手段と、前記Ｓ_C検出手段の出力を用いて、前記電極からある電
圧Ｖを印加したときのＳ_C（Ｖ）と、前記Ｓ_C（Ｖ）の微
分信号Ｓ_D（Ｖ）とを求め、これらを下式に代入して、
Ｓ_T（Ｖ）を求め、Ｓ_T（Ｖ）＝tan^-1（（Ｓ_C（Ｖ）／Ｓ_D（Ｖ））（π／Ｖ_π））（Ｓ_D（Ｖ）≠０のとき）Ｓ_T（Ｖ）＝±π／２（Ｓ_D（Ｖ）＝０のとき）（ただし、Ｖπ は、予め定めた定数）このＳ_Tが予め定められた値に一致するように前記電極
に印加する電圧を増加または減少させることを有するこ
とを特徴とするモード干渉型レーザ走査顕微鏡。