JPH09237914A - 光検出装置 - Google Patents
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- JPH09237914A JPH09237914A JP4180296A JP4180296A JPH09237914A JP H09237914 A JPH09237914 A JP H09237914A JP 4180296 A JP4180296 A JP 4180296A JP 4180296 A JP4180296 A JP 4180296A JP H09237914 A JPH09237914 A JP H09237914A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 戻り光による雑音を抑制して高いＳ／Ｎ比と
広いダイナミックレンジを有するとともに高速応答が可
能な光検出装置を提供する。 【解決手段】 ＳＬＤ駆動回路１１０から出力された駆
動信号を入力したＳＬＤ１００は、その駆動信号に応じ
た光量の出射光Ａを、無反射処理された出射端１０１か
ら出力する。この出射光Ａは、光学系１３０を経て被測
定体１２０に照射され、また、被測定体１２０において
発生した反射光・散乱光・回折光は、光学系１３０を逆
に辿って戻り光ＢとしてＳＬＤ１００の出射端１０１に
入射する。ＳＬＤ１００では、この戻り光Ｂの入射に伴
い光増幅が行われて、出射光Ｃの光量が増大する。この
出射光Ｃの光量変化は、光受光器１４０によって受光信
号として出力される。このように戻り光Ｂの光量に応じ
て、ＳＬＤ１００における駆動信号と出射光Ｃの光量と
の関係が変化するので、被測定体１２０の光学特性が測
定される。
広いダイナミックレンジを有するとともに高速応答が可
能な光検出装置を提供する。 【解決手段】 ＳＬＤ駆動回路１１０から出力された駆
動信号を入力したＳＬＤ１００は、その駆動信号に応じ
た光量の出射光Ａを、無反射処理された出射端１０１か
ら出力する。この出射光Ａは、光学系１３０を経て被測
定体１２０に照射され、また、被測定体１２０において
発生した反射光・散乱光・回折光は、光学系１３０を逆
に辿って戻り光ＢとしてＳＬＤ１００の出射端１０１に
入射する。ＳＬＤ１００では、この戻り光Ｂの入射に伴
い光増幅が行われて、出射光Ｃの光量が増大する。この
出射光Ｃの光量変化は、光受光器１４０によって受光信
号として出力される。このように戻り光Ｂの光量に応じ
て、ＳＬＤ１００における駆動信号と出射光Ｃの光量と
の関係が変化するので、被測定体１２０の光学特性が測
定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定体からの戻
り光により誘起された発光素子の出射光の光強度変化に
基づいて被測定体の光学特性を検出する光検出装置に関
するものである。
り光により誘起された発光素子の出射光の光強度変化に
基づいて被測定体の光学特性を検出する光検出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザ共振器から出射された光が何等か
の物質を照射したとき、その光の一部が物質に反射され
て再びレーザ共振器に帰還入射すると、その相対的な帰
還量が極めて僅かであっても、出射光強度や発振波長な
どのレーザ特性に大きな変化が生じる。このレーザ共振
器外部からの戻り光により誘起される特性変動は、半導
体レーザでは特に顕著に現れ、各種の応用に際して雑音
の増大などの形で大きな障害をもたらすものである。こ
のため、光通信や光計測において半導体レーザを用いる
場合、光アイソレータを用いて戻り光が半導体レーザに
帰還するのを防いでいる。
の物質を照射したとき、その光の一部が物質に反射され
て再びレーザ共振器に帰還入射すると、その相対的な帰
還量が極めて僅かであっても、出射光強度や発振波長な
どのレーザ特性に大きな変化が生じる。このレーザ共振
器外部からの戻り光により誘起される特性変動は、半導
体レーザでは特に顕著に現れ、各種の応用に際して雑音
の増大などの形で大きな障害をもたらすものである。こ
のため、光通信や光計測において半導体レーザを用いる
場合、光アイソレータを用いて戻り光が半導体レーザに
帰還するのを防いでいる。
【０００３】一方、この現象を積極的に利用して、半導
体レーザの出射光を所定の物体に照射し、その物体から
返ってくる反射光、散乱光または回折光を再び半導体レ
ーザに帰還させたときに生じる出射光強度の変化から、
その物体の光学特性を検出・測定するレーザフィードバ
ック光検出法と呼ばれる技術がある。以下、このレーザ
フィードバック光検出法の動作原理を、図１３を用いて
説明する。
体レーザの出射光を所定の物体に照射し、その物体から
返ってくる反射光、散乱光または回折光を再び半導体レ
ーザに帰還させたときに生じる出射光強度の変化から、
その物体の光学特性を検出・測定するレーザフィードバ
ック光検出法と呼ばれる技術がある。以下、このレーザ
フィードバック光検出法の動作原理を、図１３を用いて
説明する。
【０００４】定電流電源２によって一定電流が供給され
た半導体レーザ１の一方の出射端（前面）から出射した
光が、レンズ３等から構成される光学系を経て被測定体
４に照射されると、被測定体４で反射、散乱等された光
の一部が、再びレンズ３を経て半導体レーザ１の出射端
に帰還入射する。このときの半導体レーザ１に帰還入射
する光を、戻り光と呼ぶ。
た半導体レーザ１の一方の出射端（前面）から出射した
光が、レンズ３等から構成される光学系を経て被測定体
４に照射されると、被測定体４で反射、散乱等された光
の一部が、再びレンズ３を経て半導体レーザ１の出射端
に帰還入射する。このときの半導体レーザ１に帰還入射
する光を、戻り光と呼ぶ。
【０００５】この戻り光により半導体レーザ１の出射光
の光強度が変化する。一般的に、半導体レーザ１への注
入電流を一定とした場合には、戻り光の増加に伴って半
導体レーザ１の出射光の光強度も増大する。
の光強度が変化する。一般的に、半導体レーザ１への注
入電流を一定とした場合には、戻り光の増加に伴って半
導体レーザ１の出射光の光強度も増大する。
【０００６】また、半導体レーザ１の他方の出射端（後
面）側には、光検出器として例えばフォトダイオード５
が設置されている。このフォトダイオード５は、定電圧
電源６によって所定の電圧が印加されている。
面）側には、光検出器として例えばフォトダイオード５
が設置されている。このフォトダイオード５は、定電圧
電源６によって所定の電圧が印加されている。
【０００７】このため、このフォトダイオード５には、
半導体レーザ１への戻り光によって光強度が変化した半
導体レーザ１の出射光が入射し、その光強度に応じた光
電流が発生する。そしてこの光電流は、フォトダイオー
ド５に接続された電流検出器７によって検出される。
半導体レーザ１への戻り光によって光強度が変化した半
導体レーザ１の出射光が入射し、その光強度に応じた光
電流が発生する。そしてこの光電流は、フォトダイオー
ド５に接続された電流検出器７によって検出される。
【０００８】従って、このフォトダイオード５の出力信
号から、半導体レーザ１の出射光の光強度変化を検出
し、それによって戻り光の光量を計測し、更には被測定
体３の光学特性を計測することができる。
号から、半導体レーザ１の出射光の光強度変化を検出
し、それによって戻り光の光量を計測し、更には被測定
体３の光学特性を計測することができる。
【０００９】このようにレーザフィードバック光検出法
は、被測定体で反射、散乱等された光の強度を直接に検
出する方法と比較すると、光源としての半導体レーザへ
の戻り光を抑制するための光アイソレータや、被測定体
で反射、散乱等された光を光検出器に誘導入射させるた
めの光分岐手段や、光検出器への雑音の混入を防止する
ためのピンホール板などが不要になるため、光学的な構
成が極めて簡単になるという特長がある。
は、被測定体で反射、散乱等された光の強度を直接に検
出する方法と比較すると、光源としての半導体レーザへ
の戻り光を抑制するための光アイソレータや、被測定体
で反射、散乱等された光を光検出器に誘導入射させるた
めの光分岐手段や、光検出器への雑音の混入を防止する
ためのピンホール板などが不要になるため、光学的な構
成が極めて簡単になるという特長がある。
【００１０】このため、極度に光学系の簡単小型化が要
求される光ディスクのピックアップ技術として有望視さ
れ、研究されてきた（柳井久義編「光通信ハンドブッ
ク」，（朝倉書店，1984），pp.610-611、及び、 Y.Mit
suhasi, et al., Optics Communications, April 1976,
Vol.17, No.1, pp.95-97 参照）。
求される光ディスクのピックアップ技術として有望視さ
れ、研究されてきた（柳井久義編「光通信ハンドブッ
ク」，（朝倉書店，1984），pp.610-611、及び、 Y.Mit
suhasi, et al., Optics Communications, April 1976,
Vol.17, No.1, pp.95-97 参照）。
【００１１】また、近年、上記の用途とは異なるが、レ
ーザフィードバック光検出法を共焦点レーザ走査顕微鏡
に応用して良好な結果が得られたという報告が、オック
スフォード大学の研究グループから報告されている（R.
Juskaitis, et al., OpticsCommunications, 109 (199
4) pp.167-177 、及び、 R.Juskaitis, et al., Optics
Letters, July 1993, Vol.18, No.14, pp.1135-1137
参照）。この応用においては、レーザフィードバック光
検出法の本質的な特長を利用しているため、原理上、発
光点と受光点とが同一であり、集光光学系に顕微鏡を用
いた場合に極めて簡単に共焦点光学系を構成できるとい
う利点がある。
ーザフィードバック光検出法を共焦点レーザ走査顕微鏡
に応用して良好な結果が得られたという報告が、オック
スフォード大学の研究グループから報告されている（R.
Juskaitis, et al., OpticsCommunications, 109 (199
4) pp.167-177 、及び、 R.Juskaitis, et al., Optics
Letters, July 1993, Vol.18, No.14, pp.1135-1137
参照）。この応用においては、レーザフィードバック光
検出法の本質的な特長を利用しているため、原理上、発
光点と受光点とが同一であり、集光光学系に顕微鏡を用
いた場合に極めて簡単に共焦点光学系を構成できるとい
う利点がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
レーザフィードバック光検出法においては、一般的に半
導体レーザは、端面反射率が０．３程度と小さく、その
共振器長が数百μｍ程度であって他のタイプのレーザ光
源と較べて著しく小さい。そのため、僅かな戻り光に対
しても影響を受け易く、雑音が増大するという問題があ
る。
レーザフィードバック光検出法においては、一般的に半
導体レーザは、端面反射率が０．３程度と小さく、その
共振器長が数百μｍ程度であって他のタイプのレーザ光
源と較べて著しく小さい。そのため、僅かな戻り光に対
しても影響を受け易く、雑音が増大するという問題があ
る。
【００１３】この戻り光による雑音の増大には、(1) 戻
り光の影響で出射光のスペクトルが変化するため、特定
の周波数領域で半導体レーザの本質的な量子雑音が増大
するものと、(2) 戻り光の影響でレーザ発振が不安定化
するため、数百ＭＨｚ以下の低周波数領域全体で雑音が
増大するものとがある。前者の雑音は、主に光通信など
において問題となり、後者の雑音は、大きな光量の変化
を伴う場合の戻り光の検出においては課題となる。これ
らのうち、レーザフィードバック光検出法において問題
となるのは後者の雑音である。
り光の影響で出射光のスペクトルが変化するため、特定
の周波数領域で半導体レーザの本質的な量子雑音が増大
するものと、(2) 戻り光の影響でレーザ発振が不安定化
するため、数百ＭＨｚ以下の低周波数領域全体で雑音が
増大するものとがある。前者の雑音は、主に光通信など
において問題となり、後者の雑音は、大きな光量の変化
を伴う場合の戻り光の検出においては課題となる。これ
らのうち、レーザフィードバック光検出法において問題
となるのは後者の雑音である。
【００１４】例えば、上記の光ディスクのピックアップ
技術にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
この雑音の問題が深刻である。即ち、単一モード発振状
態において使用すると光路長変化による干渉ノイズが発
生し、多モード発振状態において使用するとモード変換
ノイズが発生し、実用化にとって大きな障害となってい
る。このため、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化す
るために生ずる雑音を低減する方法として、単一モード
の安定化や、モード変換ノイズの少ない多モード化を実
現しようとする試み等、各方面での雑音対策が検討され
ている。
技術にレーザフィードバック光検出法を応用する場合、
この雑音の問題が深刻である。即ち、単一モード発振状
態において使用すると光路長変化による干渉ノイズが発
生し、多モード発振状態において使用するとモード変換
ノイズが発生し、実用化にとって大きな障害となってい
る。このため、戻り光の影響でレーザ発振が不安定化す
るために生ずる雑音を低減する方法として、単一モード
の安定化や、モード変換ノイズの少ない多モード化を実
現しようとする試み等、各方面での雑音対策が検討され
ている。
【００１５】しかしながら、半導体レーザの動作条件に
もよるが、いずれの方法によっても雑音レベルは平均出
射光強度の１〜１０％程度であり、略１００％〜０．０
１％程度の広い範囲の戻り光を計測したい場合には、レ
ーザフィードバック光検出法を用いるのに十分な雑音の
低減が達成されていない。従って、レーザフィードバッ
ク光検出法を用いたピックアップ技術は現在に至るまで
成功例がなく、結局実用化されていない。また、上記の
共焦点レーザ走査顕微鏡にレーザフィードバック光検出
法を応用する場合も、前述の雑音対策については何ら新
しい試みはなされておらず、依然として未解決の課題と
して残されている。
もよるが、いずれの方法によっても雑音レベルは平均出
射光強度の１〜１０％程度であり、略１００％〜０．０
１％程度の広い範囲の戻り光を計測したい場合には、レ
ーザフィードバック光検出法を用いるのに十分な雑音の
低減が達成されていない。従って、レーザフィードバッ
ク光検出法を用いたピックアップ技術は現在に至るまで
成功例がなく、結局実用化されていない。また、上記の
共焦点レーザ走査顕微鏡にレーザフィードバック光検出
法を応用する場合も、前述の雑音対策については何ら新
しい試みはなされておらず、依然として未解決の課題と
して残されている。
【００１６】更に、レーザフィードバック光検出法を用
いる場合の雑音を低減する方法としては、半導体レーザ
を所定周波数で変調し、戻り光をフォトダイオードなど
の光検出器で受光し、ロックインアンプなどの同期検波
手段で検出して、Ｓ／Ｎ比を向上させる方法も可能であ
る。しかしながら、ロックインアンプの周波数は高々１
００ｋＨｚ程度であるため、高速応答を期待することが
できないという問題がある。また、装置が複雑で高価に
なるため、上記の光ディスクのピックアップ技術などの
用途には実用上使用することができないという問題もあ
る。
いる場合の雑音を低減する方法としては、半導体レーザ
を所定周波数で変調し、戻り光をフォトダイオードなど
の光検出器で受光し、ロックインアンプなどの同期検波
手段で検出して、Ｓ／Ｎ比を向上させる方法も可能であ
る。しかしながら、ロックインアンプの周波数は高々１
００ｋＨｚ程度であるため、高速応答を期待することが
できないという問題がある。また、装置が複雑で高価に
なるため、上記の光ディスクのピックアップ技術などの
用途には実用上使用することができないという問題もあ
る。
【００１７】本発明は、上記の状況を鑑みてなされたも
のであり、戻り光による雑音を抑制して高いＳ／Ｎ比と
広いダイナミックレンジを有するとともに高速応答が可
能な光検出装置を提供することを目的とする。
のであり、戻り光による雑音を抑制して高いＳ／Ｎ比と
広いダイナミックレンジを有するとともに高速応答が可
能な光検出装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光検出装置
は、(1) 無反射処理された出射端から駆動信号に応じた
光量の出射光を出射するとともに、出射端に帰還入射し
た戻り光によって出射光を光増幅する半導体光増幅素子
と、(2) 駆動信号を出力する駆動回路と、(3)出射光を
被測定体に照射するとともに、出射光の照射に伴って被
測定体から返ってくる戻り光を半導体光増幅素子に帰還
入射させる光学系と、(4) 半導体光増幅素子から出射さ
れた出射光を検出してその光量に応じた受光信号を出力
する光受光器と、を備えることを特徴とする。
は、(1) 無反射処理された出射端から駆動信号に応じた
光量の出射光を出射するとともに、出射端に帰還入射し
た戻り光によって出射光を光増幅する半導体光増幅素子
と、(2) 駆動信号を出力する駆動回路と、(3)出射光を
被測定体に照射するとともに、出射光の照射に伴って被
測定体から返ってくる戻り光を半導体光増幅素子に帰還
入射させる光学系と、(4) 半導体光増幅素子から出射さ
れた出射光を検出してその光量に応じた受光信号を出力
する光受光器と、を備えることを特徴とする。
【００１９】この装置は以下のように作用する。駆動回
路から出力された駆動信号を入力した半導体光増幅素子
は、その駆動信号に応じた光量の出射光を、無反射処理
された出射端から出力する。この出射光は、光学系を経
て被測定体に照射され、また、その照射によって被測定
体において発生した反射光・散乱光・回折光は、光学系
を逆に辿って戻り光として半導体光増幅素子の出射端に
入射する。半導体光増幅器では、この戻り光の入射に伴
い光増幅が行われて、その結果、出射光の光量が増大す
る。この出射光の光量変化は、光受光器によって受光信
号として出力される。このように戻り光の光量に応じ
て、半導体光増幅素子における駆動信号と出射光光量と
の関係が変化するので、被測定体の光学特性が測定され
る。
路から出力された駆動信号を入力した半導体光増幅素子
は、その駆動信号に応じた光量の出射光を、無反射処理
された出射端から出力する。この出射光は、光学系を経
て被測定体に照射され、また、その照射によって被測定
体において発生した反射光・散乱光・回折光は、光学系
を逆に辿って戻り光として半導体光増幅素子の出射端に
入射する。半導体光増幅器では、この戻り光の入射に伴
い光増幅が行われて、その結果、出射光の光量が増大す
る。この出射光の光量変化は、光受光器によって受光信
号として出力される。このように戻り光の光量に応じ
て、半導体光増幅素子における駆動信号と出射光光量と
の関係が変化するので、被測定体の光学特性が測定され
る。
【００２０】また、光学系は、出射光および戻り光それ
ぞれの所定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手
段を備え、戻り光による半導体光増幅素子の光増幅の発
振モードを選択するのが好適である。この場合には、偏
光選択手段によって半導体光増幅素子からの出射光の横
モードの何れかが選択され、半導体光増幅素子が固有に
有する非点隔差の問題が解消されて、被測定体の深さ方
向に関して優れた位置分解能で測定することが可能とな
る。
ぞれの所定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手
段を備え、戻り光による半導体光増幅素子の光増幅の発
振モードを選択するのが好適である。この場合には、偏
光選択手段によって半導体光増幅素子からの出射光の横
モードの何れかが選択され、半導体光増幅素子が固有に
有する非点隔差の問題が解消されて、被測定体の深さ方
向に関して優れた位置分解能で測定することが可能とな
る。
【００２１】半導体光増幅素子としてスーパールミネッ
セントダイオードを用いるのが特に好適である。
セントダイオードを用いるのが特に好適である。
【００２２】また、駆動回路は一定の駆動信号を出力す
ることとしてもよい。この場合には、受光信号の変化量
に基づいて被測定体の光学特性が測定される。また、駆
動回路は受光信号に基づいて駆動信号を調整して半導体
光増幅素子から出射される出射光の光量を一定に維持す
ることとしてもよい。この場合には、駆動信号の変化量
に基づいて被測定体の光学特性が測定される。
ることとしてもよい。この場合には、受光信号の変化量
に基づいて被測定体の光学特性が測定される。また、駆
動回路は受光信号に基づいて駆動信号を調整して半導体
光増幅素子から出射される出射光の光量を一定に維持す
ることとしてもよい。この場合には、駆動信号の変化量
に基づいて被測定体の光学特性が測定される。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
【００２４】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。図１は、本発明に係る光検出装置の
第１の実施形態の構成図である。本実施形態は、例えば
光ディスクの読み出しに使用する光ピックアップ装置に
利用するのに好適な装置である。
について説明する。図１は、本発明に係る光検出装置の
第１の実施形態の構成図である。本実施形態は、例えば
光ディスクの読み出しに使用する光ピックアップ装置に
利用するのに好適な装置である。
【００２５】本実施形態に係る光検出装置は、(1) 出射
光を出射する出射端１０１が無反射処理され、その出射
端１０１に外部から入射した光による光増幅機能を有す
る利得導波型機構の半導体光増幅素子であるスーパール
ミネッセントダイオード１００（Super Luminescent Di
ode 、以下、ＳＬＤと略す）と、(2) このＳＬＤ１００
に駆動信号を供給して駆動するＳＬＤ駆動回路１１０
と、(3) ＳＬＤ１００の出射端１０１から出射された前
方出射光Ａを被測定体１２０に照射するとともに、その
被測定体１２０からの反射光、散乱光または回折光を集
光してＳＬＤ１００の出射端１０１に帰還入射させる、
コリメータレンズ１３１と対物レンズ１３２とからなる
光学系１３０と、(4) ＳＬＤ１００のもう一方の出射端
１０２から出射された後方出射光Ｃを受光する受光器１
４０と、(5) 受光器１４０から出力された電流信号を電
圧信号に変換して増幅する増幅器１５０と、(6) 増幅器
１５０から出力された電圧信号に基づいて所定の信号処
理を行う信号処理回路１６０と、(7) 信号処理回路１６
０における信号処理の結果を表示する表示装置１７０
と、を備えている。
光を出射する出射端１０１が無反射処理され、その出射
端１０１に外部から入射した光による光増幅機能を有す
る利得導波型機構の半導体光増幅素子であるスーパール
ミネッセントダイオード１００（Super Luminescent Di
ode 、以下、ＳＬＤと略す）と、(2) このＳＬＤ１００
に駆動信号を供給して駆動するＳＬＤ駆動回路１１０
と、(3) ＳＬＤ１００の出射端１０１から出射された前
方出射光Ａを被測定体１２０に照射するとともに、その
被測定体１２０からの反射光、散乱光または回折光を集
光してＳＬＤ１００の出射端１０１に帰還入射させる、
コリメータレンズ１３１と対物レンズ１３２とからなる
光学系１３０と、(4) ＳＬＤ１００のもう一方の出射端
１０２から出射された後方出射光Ｃを受光する受光器１
４０と、(5) 受光器１４０から出力された電流信号を電
圧信号に変換して増幅する増幅器１５０と、(6) 増幅器
１５０から出力された電圧信号に基づいて所定の信号処
理を行う信号処理回路１６０と、(7) 信号処理回路１６
０における信号処理の結果を表示する表示装置１７０
と、を備えている。
【００２６】この光検出装置において、ＳＬＤ駆動回路
１１０から出力された駆動信号に応じてＳＬＤ１００の
出射端１０１から出射された前方出射光Ａは、コリメー
タレンズ１３１によって平行光束とされ、対物レンズ１
３２によって集光されて、被測定体１２０の所定位置に
照射される。この被測定体１２０は例えば光ディスクで
あり、前方照射光Ａが照射される位置のピットに応じて
反射、散乱あるいは回折される。被測定体１２０で反射
・散乱・回折された光は、対物レンズ１３２およびコリ
メータレンズ１３１を経て、ＳＬＤ１００の出射端１０
１に戻り光Ｂとして入射する。
１１０から出力された駆動信号に応じてＳＬＤ１００の
出射端１０１から出射された前方出射光Ａは、コリメー
タレンズ１３１によって平行光束とされ、対物レンズ１
３２によって集光されて、被測定体１２０の所定位置に
照射される。この被測定体１２０は例えば光ディスクで
あり、前方照射光Ａが照射される位置のピットに応じて
反射、散乱あるいは回折される。被測定体１２０で反射
・散乱・回折された光は、対物レンズ１３２およびコリ
メータレンズ１３１を経て、ＳＬＤ１００の出射端１０
１に戻り光Ｂとして入射する。
【００２７】ＳＬＤ１００に戻り光Ｂが入射すると、Ｓ
ＬＤ１００が有する光増幅機能によって、ＳＬＤ１００
の出射端１０１から出射する前方出射光Ａの強度は変化
する。また、ＳＬＤ１００は、出射端１０１の反対側に
ある出射端１０２からも後方出射光Ｃを出力するが、こ
の後方出射光Ｃの光量は前方出射光Ａの光量と比例関係
にある。この後方出射光Ｃは受光器１４０で受光され
て、その強度に応じた電流信号に変換される。受光器１
４０から出力された電流信号は、増幅器１５０によって
電圧信号に変換されて増幅され、その電圧信号は信号処
理回路１６０で所定の信号処理がなされて、その結果が
表示装置１７０に表示される。
ＬＤ１００が有する光増幅機能によって、ＳＬＤ１００
の出射端１０１から出射する前方出射光Ａの強度は変化
する。また、ＳＬＤ１００は、出射端１０１の反対側に
ある出射端１０２からも後方出射光Ｃを出力するが、こ
の後方出射光Ｃの光量は前方出射光Ａの光量と比例関係
にある。この後方出射光Ｃは受光器１４０で受光され
て、その強度に応じた電流信号に変換される。受光器１
４０から出力された電流信号は、増幅器１５０によって
電圧信号に変換されて増幅され、その電圧信号は信号処
理回路１６０で所定の信号処理がなされて、その結果が
表示装置１７０に表示される。
【００２８】例えば、被測定体１２０が音声情報を記憶
した光ディスクであれば、受光器１４０から出力される
電流信号は、光ディスクに記憶されているデジタルデー
タ系列に応じたものであり、表示装置１７０はスピーカ
であり、信号処理回路１６０は、そのデジタルデータ系
列に基づいてスピーカを駆動する電気信号を生成するも
のである。また、被測定体１２０が画像情報を記憶した
光ディスクであれば、受光器１４０から出力される電流
信号は、光ディスクに記憶されているデジタルデータ系
列に応じたものであり、表示装置１７０はＣＲＴディス
プレイであり、信号処理回路１６０は、そのデジタルデ
ータ系列に基づいて画像データを生成するものである。
した光ディスクであれば、受光器１４０から出力される
電流信号は、光ディスクに記憶されているデジタルデー
タ系列に応じたものであり、表示装置１７０はスピーカ
であり、信号処理回路１６０は、そのデジタルデータ系
列に基づいてスピーカを駆動する電気信号を生成するも
のである。また、被測定体１２０が画像情報を記憶した
光ディスクであれば、受光器１４０から出力される電流
信号は、光ディスクに記憶されているデジタルデータ系
列に応じたものであり、表示装置１７０はＣＲＴディス
プレイであり、信号処理回路１６０は、そのデジタルデ
ータ系列に基づいて画像データを生成するものである。
【００２９】次に、半導体光増幅素子の１つであるスー
パールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について説明
する。図２は、スーパールミネッセントダイオード（Ｓ
ＬＤ）の構造図であり、図２（ａ）はＳＬＤの共振器方
向に垂直な断面を示す断面図であり、図２（ｂ）はＳＬ
Ｄの斜視図である。
パールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）について説明
する。図２は、スーパールミネッセントダイオード（Ｓ
ＬＤ）の構造図であり、図２（ａ）はＳＬＤの共振器方
向に垂直な断面を示す断面図であり、図２（ｂ）はＳＬ
Ｄの斜視図である。
【００３０】図２（ａ）に示すように、ＳＬＤは、第１
電極３００と、この第１電極３００上に形成されたキャ
ップ層３１０と、このキャップ層３１０上に形成された
第１クラッド層３２０と、この第１クラッド層３２０上
に形成され、第１クラッド層３２０よりも禁制帯幅が小
さい活性層３３０と、この活性層３３０上にストライプ
リッジ形状に形成され、活性層３３０よりも禁制帯幅が
大きい第２クラッド層３４０と、この第２クラッド層３
４０のストライプリッジ側面及び底面上に形成された電
流ブロック層３５０と、第２クラッド層３４０のストラ
イプリッジ上面及び電流ブロック層３５０上に形成され
たＧａＡｓバッファ層３６０と、このＧａＡｓバッファ
層３６０上に形成されたＧａＡｓ基板３７０と、このＧ
ａＡｓ基板３７０上に形成された第２電極３８０とを、
備えている。
電極３００と、この第１電極３００上に形成されたキャ
ップ層３１０と、このキャップ層３１０上に形成された
第１クラッド層３２０と、この第１クラッド層３２０上
に形成され、第１クラッド層３２０よりも禁制帯幅が小
さい活性層３３０と、この活性層３３０上にストライプ
リッジ形状に形成され、活性層３３０よりも禁制帯幅が
大きい第２クラッド層３４０と、この第２クラッド層３
４０のストライプリッジ側面及び底面上に形成された電
流ブロック層３５０と、第２クラッド層３４０のストラ
イプリッジ上面及び電流ブロック層３５０上に形成され
たＧａＡｓバッファ層３６０と、このＧａＡｓバッファ
層３６０上に形成されたＧａＡｓ基板３７０と、このＧ
ａＡｓ基板３７０上に形成された第２電極３８０とを、
備えている。
【００３１】こうして、活性層３３０がその上下を第１
及び第２クラッド層３２０、３４０に挟まれたダブルヘ
テロ構造が形成されている。また、第２クラッド層３４
０のストライプリッジの両側が電流ブロック層３５０に
よって埋め込まれている。
及び第２クラッド層３２０、３４０に挟まれたダブルヘ
テロ構造が形成されている。また、第２クラッド層３４
０のストライプリッジの両側が電流ブロック層３５０に
よって埋め込まれている。
【００３２】図２（ｂ）に示すように、ＳＬＤの共振器
長は例えば２５０μｍであり、−方の端面（前面）は、
無反射膜３９０がコーティングされて出射端１０１とな
り、他方の端面（後面）は、例えば５０％程度の反射膜
４００がコーティングされて出射端１０２となる。ま
た、図中に太い破線で示す光導波路の方向は、一点鎖線
で示す共振器方向に対して例えば３°程度の角度をもっ
て傾斜しており、いわゆる斜め光導波路構造をなしてい
る。
長は例えば２５０μｍであり、−方の端面（前面）は、
無反射膜３９０がコーティングされて出射端１０１とな
り、他方の端面（後面）は、例えば５０％程度の反射膜
４００がコーティングされて出射端１０２となる。ま
た、図中に太い破線で示す光導波路の方向は、一点鎖線
で示す共振器方向に対して例えば３°程度の角度をもっ
て傾斜しており、いわゆる斜め光導波路構造をなしてい
る。
【００３３】このように、ＳＬＤは、基本的には半導体
レーザとほぼ同様の構造を有する発光素子である。しか
し、ＳＬＤは、前面の出射端１０１に無反射膜３９０を
コーティングして出射端１０１における光の反射を無く
し、出射端１０１からの反射光が光導波路に帰還しない
ような構造とし、共振によるレーザ発振を抑制した点
で、半導体レーザと異なる。なお、他方の出射端１０２
は、例えば反射率５０％程度の反射コーティングが施さ
れている。
レーザとほぼ同様の構造を有する発光素子である。しか
し、ＳＬＤは、前面の出射端１０１に無反射膜３９０を
コーティングして出射端１０１における光の反射を無く
し、出射端１０１からの反射光が光導波路に帰還しない
ような構造とし、共振によるレーザ発振を抑制した点
で、半導体レーザと異なる。なお、他方の出射端１０２
は、例えば反射率５０％程度の反射コーティングが施さ
れている。
【００３４】また、ＳＬＤは、通常、利得導波型ストラ
イプ構造またはナローストライプ構造を有する発光素子
であり、発振状態に至るまでの共振器損失が大きく、共
振器のＱ値（＝周波数×（共振器内に蓄積されたエネル
ギ）／（単位時間当たりの消費エネルギ））が低い。こ
のため、閾値電流密度が高くなるとともに、誘導放出光
（スーパールミネッセント）が強くなり、その結果、等
価的に自然放出光の寄与が大きくなり、多モード発振と
なる。
イプ構造またはナローストライプ構造を有する発光素子
であり、発振状態に至るまでの共振器損失が大きく、共
振器のＱ値（＝周波数×（共振器内に蓄積されたエネル
ギ）／（単位時間当たりの消費エネルギ））が低い。こ
のため、閾値電流密度が高くなるとともに、誘導放出光
（スーパールミネッセント）が強くなり、その結果、等
価的に自然放出光の寄与が大きくなり、多モード発振と
なる。
【００３５】このようなＳＬＤの発光スペクトルを示す
グラフを図３に示す。この図に示すように、明確な発振
モードをもたない自然放出光による連続スペクトルの出
力が得られる。通常、ＳＬＤの発振中心波長８５０ｎｍ
に対して発振スペクトル半値幅は２０ｎｍ程度である。
また、コヒーレンス長は３５μｍ程度であり短い。この
ように、ＳＬＤは半導体レーザとは明確に異なる特性を
有する。
グラフを図３に示す。この図に示すように、明確な発振
モードをもたない自然放出光による連続スペクトルの出
力が得られる。通常、ＳＬＤの発振中心波長８５０ｎｍ
に対して発振スペクトル半値幅は２０ｎｍ程度である。
また、コヒーレンス長は３５μｍ程度であり短い。この
ように、ＳＬＤは半導体レーザとは明確に異なる特性を
有する。
【００３６】また、ＳＬＤの光放出側の反射率を低減す
る方法を、図４（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。図４
（ａ）〜（ｃ）は、ＳＬＤの光放出側の反射率を低減す
る構造の説明図である。
る方法を、図４（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す。図４
（ａ）〜（ｃ）は、ＳＬＤの光放出側の反射率を低減す
る構造の説明図である。
【００３７】図４（ａ）は、光導波路４１０の方向は半
導体レーザと同様に共振器方向と一致し、後面には５０
％程度の反射膜４００をコーティングしているものの、
前面の光出射端面に精密に制御された無反射膜３９０を
コーティングすることにより、光放出側の反射率を低減
したものである。
導体レーザと同様に共振器方向と一致し、後面には５０
％程度の反射膜４００をコーティングしているものの、
前面の光出射端面に精密に制御された無反射膜３９０を
コーティングすることにより、光放出側の反射率を低減
したものである。
【００３８】図４（ｂ）は、図２を用いて既に詳しく説
明したように、光出射端面に無反射膜３９０をコーティ
ングすると共に、光導波路４１１が共振器方向に対して
３°〜１０°程度の角度をもって傾斜している斜め光導
波路構造を採用し、光出射端面からの反射光が光導波路
４１１に帰還しないようにすることにより、光放出側の
反射率を低減したものである。
明したように、光出射端面に無反射膜３９０をコーティ
ングすると共に、光導波路４１１が共振器方向に対して
３°〜１０°程度の角度をもって傾斜している斜め光導
波路構造を採用し、光出射端面からの反射光が光導波路
４１１に帰還しないようにすることにより、光放出側の
反射率を低減したものである。
【００３９】図４（ｃ）は、光出射端面に無反射膜３９
０をコーティングすると共に、光導波路４１２が光出射
端面にまで至らないよう途中で途切れさせる構造を採
り、光出射端面からの反射光が光導波路４１２に帰還し
ないようにすることにより、光放出側の反射率を低減し
たものである。
０をコーティングすると共に、光導波路４１２が光出射
端面にまで至らないよう途中で途切れさせる構造を採
り、光出射端面からの反射光が光導波路４１２に帰還し
ないようにすることにより、光放出側の反射率を低減し
たものである。
【００４０】次に、ＳＬＤ１００に入射する戻り光の強
度とＳＬＤ１００から出射される出射光の強度との関係
について説明する。図５は、戻り光の強度と出射光の強
度変化との関係についての実験結果を示すグラフであ
る。この図において、横軸は、出射光に対する戻り光の
強度比であり、縦軸は、増幅器１５０から出力された電
圧信号の変化量すなわちＳＬＤ１００からの出射光の強
度変化量である。
度とＳＬＤ１００から出射される出射光の強度との関係
について説明する。図５は、戻り光の強度と出射光の強
度変化との関係についての実験結果を示すグラフであ
る。この図において、横軸は、出射光に対する戻り光の
強度比であり、縦軸は、増幅器１５０から出力された電
圧信号の変化量すなわちＳＬＤ１００からの出射光の強
度変化量である。
【００４１】この図から判るように、ＳＬＤ１００の出
射端に入射する戻り光の光量が大きくなると、その光増
幅機能によって出射光の光量が増す。したがって、レー
ザフィードバック光検出法にＳＬＤ１００を使用するこ
とが可能であることが判る。また、戻り光の光量の比較
的少ない領域においては、戻り光の光量に対する出射光
の光量の変化は直線性がよい。
射端に入射する戻り光の光量が大きくなると、その光増
幅機能によって出射光の光量が増す。したがって、レー
ザフィードバック光検出法にＳＬＤ１００を使用するこ
とが可能であることが判る。また、戻り光の光量の比較
的少ない領域においては、戻り光の光量に対する出射光
の光量の変化は直線性がよい。
【００４２】また、出射光の光量に対する比が０．０５
％程度の極めて少量の戻り光をも感度よく検出すること
ができる。このＳＬＤ１００の戻り光検出感度は半導体
レーザにおける戻り光検出感度と比較して１００倍程度
も高い。これは、ＳＬＤ１００からの出射光には自然放
出光成分が多く含まれ、また、多モード発振であるため
に、ＳＬＤ１００をレーザフィードバック光検出法に用
いた場合に、戻り光により生じるノイズが極めて小さく
なることに因るものである。なお、戻り光による光帰還
利得（＝出射光変化量／戻り光変化量）は、半導体レー
ザの場合と同様であった。
％程度の極めて少量の戻り光をも感度よく検出すること
ができる。このＳＬＤ１００の戻り光検出感度は半導体
レーザにおける戻り光検出感度と比較して１００倍程度
も高い。これは、ＳＬＤ１００からの出射光には自然放
出光成分が多く含まれ、また、多モード発振であるため
に、ＳＬＤ１００をレーザフィードバック光検出法に用
いた場合に、戻り光により生じるノイズが極めて小さく
なることに因るものである。なお、戻り光による光帰還
利得（＝出射光変化量／戻り光変化量）は、半導体レー
ザの場合と同様であった。
【００４３】以上のように、図１に示すようなレーザフ
ィードバック光検出法を利用する光検出装置にＳＬＤを
用いると、ＳＬＤのタイプによって若干差異があるもの
の、ノイズの少ない高感度な測定が可能となる。
ィードバック光検出法を利用する光検出装置にＳＬＤを
用いると、ＳＬＤのタイプによって若干差異があるもの
の、ノイズの少ない高感度な測定が可能となる。
【００４４】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
について説明する。図６は、本発明に係る光検出装置の
第２の実施形態の構成図である。本実施形態は、例えば
共焦点顕微鏡に利用するのに好適な装置である。
について説明する。図６は、本発明に係る光検出装置の
第２の実施形態の構成図である。本実施形態は、例えば
共焦点顕微鏡に利用するのに好適な装置である。
【００４５】本実施形態に係る光検出装置は、(1) 出射
光を出射する出射端１０１が無反射処理され、その出射
端１０１に外部から入射した光による光増幅機能を有す
る利得導波型機構の半導体光増幅素子であるスーパール
ミネッセントダイオード１００と、(2) このＳＬＤ１０
０に駆動信号を供給して駆動するＳＬＤ駆動回路１１０
と、(3) ＳＬＤ１００の出射端１０１から出射された前
方出射光Ａを被測定体２２０に照射するとともに、その
被測定体２２０からの反射光、散乱光または回折光を集
光してＳＬＤ１００の出射端１０１に帰還入射させる、
コリメータレンズ２３１と対物レンズ２３２と偏光フィ
ルタ２３３とからなる光学系２３０と、(4) ＳＬＤ１０
０のもう一方の出射端１０２から出射された後方出射光
Ｃを受光する受光器１４０と、(5) 受光器１４０から出
力された電流信号を電圧信号に変換して増幅する増幅器
１５０と、(6) 増幅器１５０から出力された電圧信号に
基づいて所定の信号処理を行う信号処理回路２６０と、
(7) 信号処理回路２６０における信号処理の結果を表示
する表示装置２７０と、(8) 被測定体２２０の位置を調
整あるいは走査するＸＹＺステージ２８０と、(9) 対物
レンズ２３２を光軸方向に移動あるいは走査するアクチ
ュエータ２８２と、(10)アクチュエータ２８２を駆動制
御するアクチュエータ駆動回路２８４と、(11)ＳＬＤ駆
動回路１１０、アクチュエータ駆動回路２８４およびＸ
ＹＺステージ２８０を制御するとともに被測定体２２０
の位置情報を信号処理回路２６０に送出する制御装置２
９０と、を備えている。
光を出射する出射端１０１が無反射処理され、その出射
端１０１に外部から入射した光による光増幅機能を有す
る利得導波型機構の半導体光増幅素子であるスーパール
ミネッセントダイオード１００と、(2) このＳＬＤ１０
０に駆動信号を供給して駆動するＳＬＤ駆動回路１１０
と、(3) ＳＬＤ１００の出射端１０１から出射された前
方出射光Ａを被測定体２２０に照射するとともに、その
被測定体２２０からの反射光、散乱光または回折光を集
光してＳＬＤ１００の出射端１０１に帰還入射させる、
コリメータレンズ２３１と対物レンズ２３２と偏光フィ
ルタ２３３とからなる光学系２３０と、(4) ＳＬＤ１０
０のもう一方の出射端１０２から出射された後方出射光
Ｃを受光する受光器１４０と、(5) 受光器１４０から出
力された電流信号を電圧信号に変換して増幅する増幅器
１５０と、(6) 増幅器１５０から出力された電圧信号に
基づいて所定の信号処理を行う信号処理回路２６０と、
(7) 信号処理回路２６０における信号処理の結果を表示
する表示装置２７０と、(8) 被測定体２２０の位置を調
整あるいは走査するＸＹＺステージ２８０と、(9) 対物
レンズ２３２を光軸方向に移動あるいは走査するアクチ
ュエータ２８２と、(10)アクチュエータ２８２を駆動制
御するアクチュエータ駆動回路２８４と、(11)ＳＬＤ駆
動回路１１０、アクチュエータ駆動回路２８４およびＸ
ＹＺステージ２８０を制御するとともに被測定体２２０
の位置情報を信号処理回路２６０に送出する制御装置２
９０と、を備えている。
【００４６】この光検出装置において、ＳＬＤ１００の
出射端１０１から出射された前方出射光Ａは、コリメー
タレンズ２３１によって平行光束とされ、偏光フィルタ
２３３によって所定の偏光成分のみが透過され、対物レ
ンズ２３２によって集光されて、被測定体２２０の所定
位置に照射される。被測定体２２０で反射・散乱・回折
された光は、対物レンズ２３２、偏光フィルタ２３３お
よびコリメータレンズ２３１を経て、ＳＬＤ１００の出
射端１０１に戻り光Ｂとして入射する。
出射端１０１から出射された前方出射光Ａは、コリメー
タレンズ２３１によって平行光束とされ、偏光フィルタ
２３３によって所定の偏光成分のみが透過され、対物レ
ンズ２３２によって集光されて、被測定体２２０の所定
位置に照射される。被測定体２２０で反射・散乱・回折
された光は、対物レンズ２３２、偏光フィルタ２３３お
よびコリメータレンズ２３１を経て、ＳＬＤ１００の出
射端１０１に戻り光Ｂとして入射する。
【００４７】ＳＬＤ１００に戻り光Ｂが入射すると、Ｓ
ＬＤ１００が有する光増幅機能によって、ＳＬＤ１００
の出射端１０１から出射する前方出射光Ａの強度は変化
する。また、ＳＬＤ１００は、出射端１０１の反対側に
ある出射端１０２からも後方出射光Ｃを出力するが、こ
の後方出射光Ｃは前方出射光Ａと比例関係にある。この
後方出射光Ｃは、受光器１４０で受光されて、その強度
に応じた電流信号に変換される。受光器１４０から出力
された電流信号は、増幅器１５０によって電圧信号に変
換されて増幅されて出力される。
ＬＤ１００が有する光増幅機能によって、ＳＬＤ１００
の出射端１０１から出射する前方出射光Ａの強度は変化
する。また、ＳＬＤ１００は、出射端１０１の反対側に
ある出射端１０２からも後方出射光Ｃを出力するが、こ
の後方出射光Ｃは前方出射光Ａと比例関係にある。この
後方出射光Ｃは、受光器１４０で受光されて、その強度
に応じた電流信号に変換される。受光器１４０から出力
された電流信号は、増幅器１５０によって電圧信号に変
換されて増幅されて出力される。
【００４８】このような光学系２３０においては、ＳＬ
Ｄ１００の出射端１０１から出射された前方出射光Ａ
は、被測定体２２０の所定位置（対物レンズ２３２の焦
点位置）に集光照射され、かつ、その所定位置で発生し
た反射光・散乱光・回折光のみがＳＬＤ１００の出射端
１０１に戻り光Ｂとして帰還入射する。すなわち、共焦
点顕微鏡が実現されたことになり、対物レンズ２３２と
被測定体２２０との相対的位置情報と、増幅器１５０か
ら出力された電圧信号とから、前方出射光Ａが集光照射
された位置における被測定体２２０の光学特性が得られ
る。
Ｄ１００の出射端１０１から出射された前方出射光Ａ
は、被測定体２２０の所定位置（対物レンズ２３２の焦
点位置）に集光照射され、かつ、その所定位置で発生し
た反射光・散乱光・回折光のみがＳＬＤ１００の出射端
１０１に戻り光Ｂとして帰還入射する。すなわち、共焦
点顕微鏡が実現されたことになり、対物レンズ２３２と
被測定体２２０との相対的位置情報と、増幅器１５０か
ら出力された電圧信号とから、前方出射光Ａが集光照射
された位置における被測定体２２０の光学特性が得られ
る。
【００４９】したがって、光学系２３０または被測定体
２２０の双方または何れかを移動・走査することによ
り、被測定体２２０の光学特性の分布が得られることに
なる。そこで、このための走査手段として、対物レンズ
２３２をＺ方向に走査するアクチュエータ２８２と、被
測定体２２０をＸ，ＹおよびＺ方向に移動・走査するＸ
ＹＺステージ２８０が備えられている。
２２０の双方または何れかを移動・走査することによ
り、被測定体２２０の光学特性の分布が得られることに
なる。そこで、このための走査手段として、対物レンズ
２３２をＺ方向に走査するアクチュエータ２８２と、被
測定体２２０をＸ，ＹおよびＺ方向に移動・走査するＸ
ＹＺステージ２８０が備えられている。
【００５０】制御装置２９０は、アクチュエータ駆動回
路２８４に指示してアクチュエータ２８２を介して対物
レンズ２３２を振動させるとともに、対物レンズ２３２
の位置情報を信号処理回路２６０に送出する。このアク
チュエータ２８２は、例えばピエゾ素子を用いたもので
ある。信号処理回路２６０は、制御装置２９０から送ら
れてきた対物レンズ２３２の位置情報と、増幅器１５０
から送られてきた電圧信号とに基づいて、被測定体２２
０の厚み方向の光学特性の分布を求め、表示装置２７０
は、その被測定体２２０の厚み方向の光学特性の分布を
画像表示する。
路２８４に指示してアクチュエータ２８２を介して対物
レンズ２３２を振動させるとともに、対物レンズ２３２
の位置情報を信号処理回路２６０に送出する。このアク
チュエータ２８２は、例えばピエゾ素子を用いたもので
ある。信号処理回路２６０は、制御装置２９０から送ら
れてきた対物レンズ２３２の位置情報と、増幅器１５０
から送られてきた電圧信号とに基づいて、被測定体２２
０の厚み方向の光学特性の分布を求め、表示装置２７０
は、その被測定体２２０の厚み方向の光学特性の分布を
画像表示する。
【００５１】さらに対物レンズ２３２の変位を測定する
変位センサ（図示せず）を備えて、アクチュエータ駆動
回路２８４からアクチュエータ２８２に与えられる駆動
信号の波形に対する対物レンズ２３２の変位の誤差信号
をアクチュエータ駆動回路２８４にフィードバックし
て、対物レンズ２３２の変位誤差補償を行ってもよい。
変位センサ（図示せず）を備えて、アクチュエータ駆動
回路２８４からアクチュエータ２８２に与えられる駆動
信号の波形に対する対物レンズ２３２の変位の誤差信号
をアクチュエータ駆動回路２８４にフィードバックし
て、対物レンズ２３２の変位誤差補償を行ってもよい。
【００５２】また、ＸＹＺステージ２８０は、被測定体
２２０のＺ方向の位置を粗調整して、アクチュエータ２
８２によるＺ方向の走査によって測定しようとする被測
定体２２０の測定範囲を定める。また、ＸＹＺステージ
２８０は、Ｘ方向およびＹ方向の双方または何れか一方
の方向に被測定体２２０を移動して被測定体２２０の測
定範囲を定めるとともに、被測定体２２０を走査してＸ
方向またはＹ方向の光学特性の分布を求める。さらに、
アクチュエータ２８２およびＸＹＺステージ２８０によ
って、対物レンズ２３２と被測定体２２０との間の相対
的位置関係を２次元走査することにより、被測定体２２
０の光学特性の２次元分布（断層画像）を得ることがで
きる。
２２０のＺ方向の位置を粗調整して、アクチュエータ２
８２によるＺ方向の走査によって測定しようとする被測
定体２２０の測定範囲を定める。また、ＸＹＺステージ
２８０は、Ｘ方向およびＹ方向の双方または何れか一方
の方向に被測定体２２０を移動して被測定体２２０の測
定範囲を定めるとともに、被測定体２２０を走査してＸ
方向またはＹ方向の光学特性の分布を求める。さらに、
アクチュエータ２８２およびＸＹＺステージ２８０によ
って、対物レンズ２３２と被測定体２２０との間の相対
的位置関係を２次元走査することにより、被測定体２２
０の光学特性の２次元分布（断層画像）を得ることがで
きる。
【００５３】なお、ＳＬＤ１００の出射端１０１と被測
定体２２０との間の光学距離は、ＳＬＤ１００から出射
される出射光Ａのコヒーレント長より十分長くする必要
がある。これは、ＳＬＤ１００に入射した戻り光Ｂによ
る干渉の影響を避けるためである。
定体２２０との間の光学距離は、ＳＬＤ１００から出射
される出射光Ａのコヒーレント長より十分長くする必要
がある。これは、ＳＬＤ１００に入射した戻り光Ｂによ
る干渉の影響を避けるためである。
【００５４】次に、本実施形態に係る光検出装置を用い
た透明体（被測定体２２０）の厚みの測定例について説
明する。図７は、本実施形態に係る光検出装置を用いて
被測定体の厚み測定を行った結果を示すグラフである。
この図において、横軸は、アクチュエータ２８２の変位
すなわち対物レンズ２３２の変位を表し、縦軸は、増幅
器１５０から出力された電圧信号の強度を表す。
た透明体（被測定体２２０）の厚みの測定例について説
明する。図７は、本実施形態に係る光検出装置を用いて
被測定体の厚み測定を行った結果を示すグラフである。
この図において、横軸は、アクチュエータ２８２の変位
すなわち対物レンズ２３２の変位を表し、縦軸は、増幅
器１５０から出力された電圧信号の強度を表す。
【００５５】この図から判るように、増幅器１５０から
の出力信号の強度は、アクチュエータ２８２の変位に対
して２つの位置でピークがある。これら２つのピークの
うち、一方は、被測定体２２０の表面で前方出射光Ａが
反射されて反射光がＳＬＤ１００に戻り光Ｂとして帰還
入射したものであり、他方は、被測定体２２０の裏面で
前方出射光Ａが反射されて反射光がＳＬＤ１００に戻り
光Ｂとして帰還入射したものである。したがって、これ
ら２つのピーク間の間隔すなわちアクチュエータ２８２
の変位差から、被測定体２２０の厚みが求められる。
の出力信号の強度は、アクチュエータ２８２の変位に対
して２つの位置でピークがある。これら２つのピークの
うち、一方は、被測定体２２０の表面で前方出射光Ａが
反射されて反射光がＳＬＤ１００に戻り光Ｂとして帰還
入射したものであり、他方は、被測定体２２０の裏面で
前方出射光Ａが反射されて反射光がＳＬＤ１００に戻り
光Ｂとして帰還入射したものである。したがって、これ
ら２つのピーク間の間隔すなわちアクチュエータ２８２
の変位差から、被測定体２２０の厚みが求められる。
【００５６】次に、本実施形態に係る光検出装置を用い
た被測定体の断層画像の測定について説明する。被測定
体２２０の断層画像を得るためには、例えば、アクチュ
エータ２８２を介してアクチュエータ駆動回路２８４に
よって対物レンズ２３２を光軸方向（Ｚ方向）に走査す
るとともに、ＸＹＺステージ２８０によって被測定体２
２０をＸ方向に走査する。このようにして、被測定体２
２０における対物レンズ２３２の焦点位置はＸ方向およ
びＺ方向に２次元走査される。被測定体２２０の断層画
像は、対物レンズ２３２のＺ方向の変位、ＸＹＺステー
ジ２８０のＸ方向の変位、および、増幅器１５０から出
力される電圧信号に基づいて信号処理回路２６０によっ
て求められ、表示装置２７０に表示される。
た被測定体の断層画像の測定について説明する。被測定
体２２０の断層画像を得るためには、例えば、アクチュ
エータ２８２を介してアクチュエータ駆動回路２８４に
よって対物レンズ２３２を光軸方向（Ｚ方向）に走査す
るとともに、ＸＹＺステージ２８０によって被測定体２
２０をＸ方向に走査する。このようにして、被測定体２
２０における対物レンズ２３２の焦点位置はＸ方向およ
びＺ方向に２次元走査される。被測定体２２０の断層画
像は、対物レンズ２３２のＺ方向の変位、ＸＹＺステー
ジ２８０のＸ方向の変位、および、増幅器１５０から出
力される電圧信号に基づいて信号処理回路２６０によっ
て求められ、表示装置２７０に表示される。
【００５７】図８は、本実施形態に係る光検出装置を用
いて被測定体の断層画像の測定を行って表示装置２７０
に表示された断層画像の例を示す図である。この図にお
いて、右側は断層画像を表しており、図の横方向がＸＹ
Ｚステージ２８０のＸ方向の変位に相当し、図の縦方向
が対物レンズ２３２のＺ方向の変位に相当する。そし
て、各位置におけるＳＬＤ１００の後方出射光Ｃの強度
すなわち増幅器１５０からの電圧信号の強度に応じて濃
淡で表示されている。すなわち、被測定体２２０をＸ方
向およびＺ方向の２次元走査した場合の断層画像が示さ
れている。また、この断層画像中のＡ−Ａ’ライン上の
増幅器１５０からの電圧信号の強度の波形が左側に示さ
れている。ここで、断層画像中のＡ−Ａ’ライン位置が
指定可能であれば、利用者は、断層画像中の任意位置の
信号強度を得ることが可能であり、また、断層画像中の
任意ライン上の信号強度波形を得ることが可能であり、
定量的な解析を行うことができる。
いて被測定体の断層画像の測定を行って表示装置２７０
に表示された断層画像の例を示す図である。この図にお
いて、右側は断層画像を表しており、図の横方向がＸＹ
Ｚステージ２８０のＸ方向の変位に相当し、図の縦方向
が対物レンズ２３２のＺ方向の変位に相当する。そし
て、各位置におけるＳＬＤ１００の後方出射光Ｃの強度
すなわち増幅器１５０からの電圧信号の強度に応じて濃
淡で表示されている。すなわち、被測定体２２０をＸ方
向およびＺ方向の２次元走査した場合の断層画像が示さ
れている。また、この断層画像中のＡ−Ａ’ライン上の
増幅器１５０からの電圧信号の強度の波形が左側に示さ
れている。ここで、断層画像中のＡ−Ａ’ライン位置が
指定可能であれば、利用者は、断層画像中の任意位置の
信号強度を得ることが可能であり、また、断層画像中の
任意ライン上の信号強度波形を得ることが可能であり、
定量的な解析を行うことができる。
【００５８】また、表示装置２７０における表示は、こ
れに限られるものではなく、例えば、画面上の右側に
は、ＸＹＺステージ２８０のＸ方向の走査に伴って得ら
れた断層画像を画面上で右方向に移動させながら表示
し、画面上の左側には、最新のＺ方向の信号強度分布を
表示してもよい。このようにすれば、表示装置２７０の
表示画面に収まらない測定範囲であっても連続的に被測
定体２２０を測定し結果を表示することができる。
れに限られるものではなく、例えば、画面上の右側に
は、ＸＹＺステージ２８０のＸ方向の走査に伴って得ら
れた断層画像を画面上で右方向に移動させながら表示
し、画面上の左側には、最新のＺ方向の信号強度分布を
表示してもよい。このようにすれば、表示装置２７０の
表示画面に収まらない測定範囲であっても連続的に被測
定体２２０を測定し結果を表示することができる。
【００５９】次に、偏光フィルタ２３３の作用・効果に
ついて詳細に説明する。本実施形態に係る光検出装置
は、既述したとおり共焦点顕微鏡と等価である。このよ
うな共焦点光学系では、対物レンズ２３２の開口数ＮＡ
にも依存するが、被測定体２２０における焦点深度は極
めて浅い。それ故、被測定体２２０の深さ方向について
位置分解能の優れた測定が可能である。
ついて詳細に説明する。本実施形態に係る光検出装置
は、既述したとおり共焦点顕微鏡と等価である。このよ
うな共焦点光学系では、対物レンズ２３２の開口数ＮＡ
にも依存するが、被測定体２２０における焦点深度は極
めて浅い。それ故、被測定体２２０の深さ方向について
位置分解能の優れた測定が可能である。
【００６０】ところで、一般に、ＳＬＤ１００は利得導
波型ストライプ構造であるため、出射光には垂直横モー
ド光（活性層に垂直な方向の偏光）と水平横モード光
（活性層に平行な方向の偏光）とが含まれ、また、垂直
横モード光と水平横モード光との間には、大きな非点隔
差が存在することが知られている。すなわち、垂直横モ
ード光のビームウェスト位置は、ＳＬＤ１００の出射端
１０１の端面位置であるのに対して、水平横モード光の
ビームウェスト位置は、ＳＬＤ１００の出射端１０１の
端面位置から内部に一定距離（非点隔差）だけ入った位
置にある。
波型ストライプ構造であるため、出射光には垂直横モー
ド光（活性層に垂直な方向の偏光）と水平横モード光
（活性層に平行な方向の偏光）とが含まれ、また、垂直
横モード光と水平横モード光との間には、大きな非点隔
差が存在することが知られている。すなわち、垂直横モ
ード光のビームウェスト位置は、ＳＬＤ１００の出射端
１０１の端面位置であるのに対して、水平横モード光の
ビームウェスト位置は、ＳＬＤ１００の出射端１０１の
端面位置から内部に一定距離（非点隔差）だけ入った位
置にある。
【００６１】この非点隔差のために、ＳＬＤ１００を光
源とする共焦点光学系は、垂直横モード光および水平横
モード光それぞれについて互いに異なる位置に焦点位置
を有することになる。このことは、被測定体の深さ方向
の位置分解能が低下することを意味している。
源とする共焦点光学系は、垂直横モード光および水平横
モード光それぞれについて互いに異なる位置に焦点位置
を有することになる。このことは、被測定体の深さ方向
の位置分解能が低下することを意味している。
【００６２】例えば、図６に示す本実施形態に係る光検
出装置において偏光フィルタ２３３を取り去り、アクチ
ュエータ２８２によって対物レンズ２３２をその焦点位
置が被測定体２２０の表面を中心にして変化するよう光
軸方向に走査し、増幅器１５０から出力される電圧信号
の強度変化を測定すると、図９に示すような結果が得ら
れる。この図において、横軸は対物レンズ２３２の変位
を表し、縦軸は増幅器１５０から出力される電圧信号の
強度の変化量を表す。この図に示すように、信号強度に
は２つのピークが認められ、主ピークは、水平横モード
光について対物レンズ２３２の焦点が被測定体２２０の
表面に位置した場合に対応するものである。従ピーク
は、垂直横モード光について対物レンズ２３２の焦点が
被測定体２２０の表面に位置した場合に対応するもので
ある。
出装置において偏光フィルタ２３３を取り去り、アクチ
ュエータ２８２によって対物レンズ２３２をその焦点位
置が被測定体２２０の表面を中心にして変化するよう光
軸方向に走査し、増幅器１５０から出力される電圧信号
の強度変化を測定すると、図９に示すような結果が得ら
れる。この図において、横軸は対物レンズ２３２の変位
を表し、縦軸は増幅器１５０から出力される電圧信号の
強度の変化量を表す。この図に示すように、信号強度に
は２つのピークが認められ、主ピークは、水平横モード
光について対物レンズ２３２の焦点が被測定体２２０の
表面に位置した場合に対応するものである。従ピーク
は、垂直横モード光について対物レンズ２３２の焦点が
被測定体２２０の表面に位置した場合に対応するもので
ある。
【００６３】そこで、偏光フィルタ２３３は、この非点
隔差に起因する深さ方向の位置分解能低下の問題を解決
すべく設けられたものである。すなわち、偏光フィルタ
２３３によって、ＳＬＤ１００から出射された出射光Ａ
のうち基本横モードである水平横モード光のみを透過さ
せて被測定体２２０に照射し、かつ、被測定体２２０か
らの戻り光Ｂのうち基本横モードのみを透過させてＳＬ
Ｄ１００の出射端１０１に入射させる。
隔差に起因する深さ方向の位置分解能低下の問題を解決
すべく設けられたものである。すなわち、偏光フィルタ
２３３によって、ＳＬＤ１００から出射された出射光Ａ
のうち基本横モードである水平横モード光のみを透過さ
せて被測定体２２０に照射し、かつ、被測定体２２０か
らの戻り光Ｂのうち基本横モードのみを透過させてＳＬ
Ｄ１００の出射端１０１に入射させる。
【００６４】図６に示すような本実施形態に係る光検出
装置において水平横モード光を透過させるよう光学軸が
調整された偏光フィルタ２３３を用い、アクチュエータ
２８２によって対物レンズ２３２をその焦点位置が被測
定体２２０の表面を中心にして変化するよう光軸方向に
走査し、増幅器１５０から出力される電圧信号の強度変
化を測定すると、図１０に示すような結果が得られる。
この図においても、横軸は対物レンズ２３２の変位を表
し、縦軸は増幅器１５０から出力される電圧信号の強度
の変化量を表す。この図に示すように、信号強度には、
水平横モード光について対物レンズ２３２の焦点が被測
定体２２０の表面に位置した場合に対応する１つのピー
クのみが認められる。
装置において水平横モード光を透過させるよう光学軸が
調整された偏光フィルタ２３３を用い、アクチュエータ
２８２によって対物レンズ２３２をその焦点位置が被測
定体２２０の表面を中心にして変化するよう光軸方向に
走査し、増幅器１５０から出力される電圧信号の強度変
化を測定すると、図１０に示すような結果が得られる。
この図においても、横軸は対物レンズ２３２の変位を表
し、縦軸は増幅器１５０から出力される電圧信号の強度
の変化量を表す。この図に示すように、信号強度には、
水平横モード光について対物レンズ２３２の焦点が被測
定体２２０の表面に位置した場合に対応する１つのピー
クのみが認められる。
【００６５】また、この信号強度波形を、偏光フィルタ
２３３を用いなかった場合の信号強度波形（図９）と比
較すると、ピーク強度が大きくなるとともに半値全幅
（ＦＷＨＭ）が狭くなる。この現象は、利得導波型スト
ライプ構造を有するＳＬＤ１００において、偏光フィル
タ２３３によって偏光選択された戻り光Ｂにより、発振
が基本横モードに収束された結果生じるものである。ま
た、図１１に示すように、偏光フィルタ２３３を用いた
場合の半値全幅（図中の○印）は、共焦点光学系で示さ
れる二乗特性による理論上の半値全幅（図中の□印）よ
り小さい。すなわち、本実施形態に係る光検出装置で
は、共焦点顕微鏡よりも高い位置分解能が得られる。こ
れは、ＳＬＤ１００のフィードバック動作時におけるゲ
イン特性の空間的な非線形性に因るものと考えられる。
２３３を用いなかった場合の信号強度波形（図９）と比
較すると、ピーク強度が大きくなるとともに半値全幅
（ＦＷＨＭ）が狭くなる。この現象は、利得導波型スト
ライプ構造を有するＳＬＤ１００において、偏光フィル
タ２３３によって偏光選択された戻り光Ｂにより、発振
が基本横モードに収束された結果生じるものである。ま
た、図１１に示すように、偏光フィルタ２３３を用いた
場合の半値全幅（図中の○印）は、共焦点光学系で示さ
れる二乗特性による理論上の半値全幅（図中の□印）よ
り小さい。すなわち、本実施形態に係る光検出装置で
は、共焦点顕微鏡よりも高い位置分解能が得られる。こ
れは、ＳＬＤ１００のフィードバック動作時におけるゲ
イン特性の空間的な非線形性に因るものと考えられる。
【００６６】以上のように、本実施形態に係る光検出装
置によれば、ＳＬＤ１００が有する非点隔差に起因する
信号波形の歪みを除去できるだけでなく、ＳＬＤ１００
における発振モードを基本横モードに収束させて半値全
幅が極めて狭くなるので、被測定体２２０の深さ方向に
ついて優れた位置分解能で測定が可能である。
置によれば、ＳＬＤ１００が有する非点隔差に起因する
信号波形の歪みを除去できるだけでなく、ＳＬＤ１００
における発振モードを基本横モードに収束させて半値全
幅が極めて狭くなるので、被測定体２２０の深さ方向に
ついて優れた位置分解能で測定が可能である。
【００６７】また、被測定体２２０に出射光Ａが照射さ
れて発生する反射光・散乱光のうち、正反射光成分は、
出射光Ａと同一の偏光状態であり、偏光フィルタ２３３
を透過してＳＬＤ１００の出射端１０１に入射する。し
かし、散乱光成分は、偏光方向が乱れており、出射光Ａ
の偏光方向と直交する偏光成分が偏光フィルタ２３３に
よって遮断される。したがって、散乱の大きな被測定体
２２０内部の構造を計測する場合に、散乱の影響を軽減
でき、境界面の計測を精度よく行うことができる。
れて発生する反射光・散乱光のうち、正反射光成分は、
出射光Ａと同一の偏光状態であり、偏光フィルタ２３３
を透過してＳＬＤ１００の出射端１０１に入射する。し
かし、散乱光成分は、偏光方向が乱れており、出射光Ａ
の偏光方向と直交する偏光成分が偏光フィルタ２３３に
よって遮断される。したがって、散乱の大きな被測定体
２２０内部の構造を計測する場合に、散乱の影響を軽減
でき、境界面の計測を精度よく行うことができる。
【００６８】なお、横モードを選択するために用いられ
る偏光フィルタ２３３としては、一般に、プリズムを利
用したもの、偏光膜を利用したもの、金属格子を利用し
たもの等があり、何れを用いてもよい。ただし、これら
の偏光フィルタを光路中に挿入すると、光がその偏光フ
ィルタを透過する際に少なからず損失を受けるので最良
ではない。
る偏光フィルタ２３３としては、一般に、プリズムを利
用したもの、偏光膜を利用したもの、金属格子を利用し
たもの等があり、何れを用いてもよい。ただし、これら
の偏光フィルタを光路中に挿入すると、光がその偏光フ
ィルタを透過する際に少なからず損失を受けるので最良
ではない。
【００６９】そこで、横モードを選択する手段として、
図１２に示すようなスリットあるいはナイフエッジを用
いた偏光選択手段を用いるのが好適である。図１２
（ａ）および（ｂ）において、破線で示した楕円は、Ｓ
ＬＤ１００から出射されて到達した前方出射光Ａのビー
ム形状を表す。図１２（ａ）に示すスリット５００は、
その長手方向をＳＬＤ１００の活性層３３０に平行な方
向に一致させることにより、水平横モード光を効率よく
透過させるとともに、垂直横モード光の殆どを遮断する
ことができる。また、図１２（ｂ）に示すナイフエッジ
５１０は、そのエッジ方向をＳＬＤ１００の活性層３３
０に平行な方向に一致させることにより、水平横モード
光を効率よく透過させるとともに、垂直横モード光の略
半分を遮断することができる。
図１２に示すようなスリットあるいはナイフエッジを用
いた偏光選択手段を用いるのが好適である。図１２
（ａ）および（ｂ）において、破線で示した楕円は、Ｓ
ＬＤ１００から出射されて到達した前方出射光Ａのビー
ム形状を表す。図１２（ａ）に示すスリット５００は、
その長手方向をＳＬＤ１００の活性層３３０に平行な方
向に一致させることにより、水平横モード光を効率よく
透過させるとともに、垂直横モード光の殆どを遮断する
ことができる。また、図１２（ｂ）に示すナイフエッジ
５１０は、そのエッジ方向をＳＬＤ１００の活性層３３
０に平行な方向に一致させることにより、水平横モード
光を効率よく透過させるとともに、垂直横モード光の略
半分を遮断することができる。
【００７０】特に、ナイフエッジ５１０は、除去すべき
横モード光の影響を最小限にするとともに深さ方向の位
置分解能を最良のものとなるように、微妙な位置の調整
をするのに最適なものである。なお、ＳＬＤ１００から
の出射光の強度分布は、光軸を中心として対称であるの
で、除去すべき横モード光の半分だけでも除去すれば、
十分目的を達成することができる。
横モード光の影響を最小限にするとともに深さ方向の位
置分解能を最良のものとなるように、微妙な位置の調整
をするのに最適なものである。なお、ＳＬＤ１００から
の出射光の強度分布は、光軸を中心として対称であるの
で、除去すべき横モード光の半分だけでも除去すれば、
十分目的を達成することができる。
【００７１】また、偏光フィルタ、スリットおよびナイ
フエッジ等の偏光選択手段は、光軸を中心に回転自在で
あると更に好適である。回転自在とすることにより、そ
の光学軸をＳＬＤ１００の基本モードの偏光方向に合わ
せるよう調整することが可能となる。以上の説明におい
ては、偏光フィルタ等の偏光選択手段によって偏光選択
する基本モードを水平横モードとしたが、垂直横モード
であっても構わない。回転自在の偏光選択手段を用いれ
ば、必要に応じて水平横モード光および垂直横モード光
の何れかを選択することができる。また、偏光選択手段
の挿入位置は、図６に示すようにコリメータレンズ２３
１と対物レンズ２３２との間に限定されるものではな
く、ＳＬＤ１００と被測定体２２０との間の光路上の任
意位置に挿入されてもよい。
フエッジ等の偏光選択手段は、光軸を中心に回転自在で
あると更に好適である。回転自在とすることにより、そ
の光学軸をＳＬＤ１００の基本モードの偏光方向に合わ
せるよう調整することが可能となる。以上の説明におい
ては、偏光フィルタ等の偏光選択手段によって偏光選択
する基本モードを水平横モードとしたが、垂直横モード
であっても構わない。回転自在の偏光選択手段を用いれ
ば、必要に応じて水平横モード光および垂直横モード光
の何れかを選択することができる。また、偏光選択手段
の挿入位置は、図６に示すようにコリメータレンズ２３
１と対物レンズ２３２との間に限定されるものではな
く、ＳＬＤ１００と被測定体２２０との間の光路上の任
意位置に挿入されてもよい。
【００７２】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、対物レンズ
を走査するアクチュエータは、ピエゾ素子を用いたもの
に限られることはなく、小型音叉やボイスコイルを用い
て対物レンズを走査してもよい。ピエゾ素子を用いたア
クチュエータは、比較的重い対物レンズを走査するのに
好適であり、小型音叉やボイスコイルを用いたアクチュ
エータは、比較的軽い対物レンズを走査するのに好適で
ある。
ではなく種々の変形が可能である。例えば、対物レンズ
を走査するアクチュエータは、ピエゾ素子を用いたもの
に限られることはなく、小型音叉やボイスコイルを用い
て対物レンズを走査してもよい。ピエゾ素子を用いたア
クチュエータは、比較的重い対物レンズを走査するのに
好適であり、小型音叉やボイスコイルを用いたアクチュ
エータは、比較的軽い対物レンズを走査するのに好適で
ある。
【００７３】また、光受光器からの出力を増幅しＳＬＤ
駆動回路に帰還させ、ＳＬＤからの出射光（前方出射光
または後方出射光）の光量が常に一定となるようＳＬＤ
を制御し、ＳＬＤ駆動回路からＳＬＤに供給される駆動
信号の変化量を検出し、この駆動信号の変化量を増幅し
Ａ／Ｄ変換してもよい。この場合、被測定体の反射率に
依存せずＳＬＤの出射光の光量は一定となる。したがっ
て、測定のダイナミックレンジが大きくなるだけでな
く、オープンループ動作時において被測定体の反射率が
大きい場合であってもＳＬＤの出射光の光量が過度に大
きくなることはなく安定した測定が可能となる。
駆動回路に帰還させ、ＳＬＤからの出射光（前方出射光
または後方出射光）の光量が常に一定となるようＳＬＤ
を制御し、ＳＬＤ駆動回路からＳＬＤに供給される駆動
信号の変化量を検出し、この駆動信号の変化量を増幅し
Ａ／Ｄ変換してもよい。この場合、被測定体の反射率に
依存せずＳＬＤの出射光の光量は一定となる。したがっ
て、測定のダイナミックレンジが大きくなるだけでな
く、オープンループ動作時において被測定体の反射率が
大きい場合であってもＳＬＤの出射光の光量が過度に大
きくなることはなく安定した測定が可能となる。
【００７４】また、光受光器は、ＳＬＤの後方出射光を
受光するのではなく、前方出射光の一部を受光するよう
にしてもよい。この場合には、ＳＬＤと被測定体との間
の光路の途中に設けたハーフミラーによって前方出射光
の一部を分岐し、これを集光し、この集光点にピンホー
ルを設けて、このピンホールを通過した光を光検出器で
検出する。このような構成とすることによっても共焦点
光学系を構成することができる。
受光するのではなく、前方出射光の一部を受光するよう
にしてもよい。この場合には、ＳＬＤと被測定体との間
の光路の途中に設けたハーフミラーによって前方出射光
の一部を分岐し、これを集光し、この集光点にピンホー
ルを設けて、このピンホールを通過した光を光検出器で
検出する。このような構成とすることによっても共焦点
光学系を構成することができる。
【００７５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明によ
れば、ＳＬＤ駆動回路から出力された駆動信号を入力し
た半導体光増幅素子（ＳＬＤ）は、その駆動信号に応じ
た光量の出射光を、無反射処理された出射端から出力す
る。この出射光は、光学系を経て被測定体に照射され、
また、その照射によって被測定体において発生した反射
光・散乱光・回折光は、光学系を逆に辿って戻り光とし
て半導体光増幅素子の出射端に入射する。半導体光増幅
素子では、この戻り光の入射に伴い光増幅が行われて、
その結果、出射光の光量が増大する。この出射光の光量
変化は、光受光器によって受光信号として出力される。
このように戻り光の光量に応じて、半導体光増幅素子に
おける駆動信号と出射光光量との関係が変化するので、
被測定体の光学特性が測定される。
れば、ＳＬＤ駆動回路から出力された駆動信号を入力し
た半導体光増幅素子（ＳＬＤ）は、その駆動信号に応じ
た光量の出射光を、無反射処理された出射端から出力す
る。この出射光は、光学系を経て被測定体に照射され、
また、その照射によって被測定体において発生した反射
光・散乱光・回折光は、光学系を逆に辿って戻り光とし
て半導体光増幅素子の出射端に入射する。半導体光増幅
素子では、この戻り光の入射に伴い光増幅が行われて、
その結果、出射光の光量が増大する。この出射光の光量
変化は、光受光器によって受光信号として出力される。
このように戻り光の光量に応じて、半導体光増幅素子に
おける駆動信号と出射光光量との関係が変化するので、
被測定体の光学特性が測定される。
【００７６】このようにして構成される光検出装置は、
レーザフィードバック光検出法を利用した極めて単純な
構成であり、また、レーザフィードバック光検出法の基
本的構造である共焦点光学系が実現される。したがっ
て、被測定体への光照射の光学的調整を行うことによっ
て自動的に集光の調整も行われ、また、被測定体の深さ
方向の分解能が極めて優れた測定が可能である。
レーザフィードバック光検出法を利用した極めて単純な
構成であり、また、レーザフィードバック光検出法の基
本的構造である共焦点光学系が実現される。したがっ
て、被測定体への光照射の光学的調整を行うことによっ
て自動的に集光の調整も行われ、また、被測定体の深さ
方向の分解能が極めて優れた測定が可能である。
【００７７】また、半導体光増幅素子（ＳＬＤ）を用い
てレーザフィードバック光検出法を実現したことによ
り、半導体レーザを用いたレーザフィードバック光検出
法と比べて、ゲイン特性の空間的非線形性により、共焦
点光学系の持つ二乗特性による理論分解能を越える高い
分解能が得られる。また、従来より問題であった戻り光
によるノイズの問題を解決することができ、戻り光の光
量に対する出射光の光量変化は直線性が優れるととも
に、出射光に対する比が０．０５％程度の極めて少量の
戻り光をも感度よく検出することができ、高いＳ／Ｎ比
と広いダイナミックレンジが達成される。
てレーザフィードバック光検出法を実現したことによ
り、半導体レーザを用いたレーザフィードバック光検出
法と比べて、ゲイン特性の空間的非線形性により、共焦
点光学系の持つ二乗特性による理論分解能を越える高い
分解能が得られる。また、従来より問題であった戻り光
によるノイズの問題を解決することができ、戻り光の光
量に対する出射光の光量変化は直線性が優れるととも
に、出射光に対する比が０．０５％程度の極めて少量の
戻り光をも感度よく検出することができ、高いＳ／Ｎ比
と広いダイナミックレンジが達成される。
【００７８】さらに、出射光および戻り光それぞれの所
定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタ等の偏
光選択手段を光学系に備えることにより、半導体光増幅
素子（ＳＬＤ）からの出射光の横モードの何れかを選択
すれば、半導体光増幅素子が固有に有する非点隔差の問
題が解消されて、共焦点光学系が有する二乗特性による
理論分解能を越える高い分解能で測定することが可能と
なる。
定の偏光成分を選択的に透過させる偏光フィルタ等の偏
光選択手段を光学系に備えることにより、半導体光増幅
素子（ＳＬＤ）からの出射光の横モードの何れかを選択
すれば、半導体光増幅素子が固有に有する非点隔差の問
題が解消されて、共焦点光学系が有する二乗特性による
理論分解能を越える高い分解能で測定することが可能と
なる。
【００７９】また、ロンクインアンプ等の同期検波手段
を用いる必要がないので、高速応答が可能であり、装置
が小型・安価になり、光ディスクのピックアップ技術や
共焦点顕微鏡への適用に好適なものである。
を用いる必要がないので、高速応答が可能であり、装置
が小型・安価になり、光ディスクのピックアップ技術や
共焦点顕微鏡への適用に好適なものである。
【図１】本発明に係る光検出装置の第１の実施形態の構
成図である。
成図である。
【図２】スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）
の構造図である。
の構造図である。
【図３】ＳＬＤの発光スペクトルを示すグラフである。
【図４】ＳＬＤの出射端における反射率の低減方法の説
明図である。
明図である。
【図５】ＳＬＤに入射する戻り光の強度とＳＬＤから出
射される出射光の強度変化との関係について実験結果を
示すグラフである。
射される出射光の強度変化との関係について実験結果を
示すグラフである。
【図６】本発明に係る光検出装置の第２の実施形態の構
成図である。
成図である。
【図７】第２の実施形態に係る光検出装置を用いて被測
定体の厚み測定を行った結果を示すグラフである。
定体の厚み測定を行った結果を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態に係る光検出装置を用いて被測
定体の断層画像の測定を行って表示装置に表示された断
層画像の例を示す図である。
定体の断層画像の測定を行って表示装置に表示された断
層画像の例を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る光検出装置において偏光
フィルタを取り去った場合の測定結果を示す図である。
フィルタを取り去った場合の測定結果を示す図である。
【図１０】第２の実施形態に係る光検出装置において偏
光フィルタを有する場合の測定結果を示す図である。
光フィルタを有する場合の測定結果を示す図である。
【図１１】第２の実施形態に係る光検出装置における半
値全幅、および、共焦点光学系における２乗特性による
理論上の半値全幅を示す図である。
値全幅、および、共焦点光学系における２乗特性による
理論上の半値全幅を示す図である。
【図１２】横モード選択手段の説明図である。
【図１３】レーザフィードバック光検出法の動作原理の
説明図である。
説明図である。
１００…スーパールミネッセントダイオード（ＳＬ
Ｄ）、１１０…ＳＬＤ駆動回路、１２０…被測定体、１
３０…光学系、１３１…コリメータレンズ、１３２…対
物レンズ、１４０…受光器、１５０…増幅器、１６０…
信号処理回路、１７０…表示装置、２２０…被測定体、
２３０…光学系、２３１…コリメータレンズ、２３２…
対物レンズ、２３３…偏光フィルタ、２６０…信号処理
回路、２７０…表示装置、２８０…ＸＹＺステージ、２
８２…アクチュエータ、２８４…アクチュエータ駆動回
路、２９０…制御装置、３００…第１電極、３１０…キ
ャップ層、３２０…第１クラッド層、３３０…活性層、
３４０…第２クラッド層、３５０…電流ブロック層、３
６０…ＧａＡｓバッファ層、３７０…ＧａＡｓ基板、３
８０…第２電極、３９０…無反射膜、４００…反射膜、
４１０、４１１、４１２…光導波路、Ａ…前方出射光、
Ｂ…戻り光、Ｃ…後方出射光。
Ｄ）、１１０…ＳＬＤ駆動回路、１２０…被測定体、１
３０…光学系、１３１…コリメータレンズ、１３２…対
物レンズ、１４０…受光器、１５０…増幅器、１６０…
信号処理回路、１７０…表示装置、２２０…被測定体、
２３０…光学系、２３１…コリメータレンズ、２３２…
対物レンズ、２３３…偏光フィルタ、２６０…信号処理
回路、２７０…表示装置、２８０…ＸＹＺステージ、２
８２…アクチュエータ、２８４…アクチュエータ駆動回
路、２９０…制御装置、３００…第１電極、３１０…キ
ャップ層、３２０…第１クラッド層、３３０…活性層、
３４０…第２クラッド層、３５０…電流ブロック層、３
６０…ＧａＡｓバッファ層、３７０…ＧａＡｓ基板、３
８０…第２電極、３９０…無反射膜、４００…反射膜、
４１０、４１１、４１２…光導波路、Ａ…前方出射光、
Ｂ…戻り光、Ｃ…後方出射光。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 21/47 Ｇ０１Ｎ 21/47 Ｚ Ｇ１１Ｂ 7/125 Ｇ１１Ｂ 7/125 Ａ Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｊ Ｈ０１Ｓ 3/133 Ｈ０１Ｓ 3/133 (72)発明者 寺田 浩敏 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 無反射処理された出射端から駆動信号に
応じた光量の出射光を出射するとともに、前記出射端に
帰還入射した戻り光によって前記出射光を光増幅する半
導体光増幅素子と、 前記駆動信号を出力する駆動回路と、 前記出射光を被測定体に照射するとともに、前記出射光
の照射に伴って前記被測定体から返ってくる前記戻り光
を前記半導体光増幅素子に帰還入射させる光学系と、 前記半導体光増幅素子から出射された出射光を検出して
その光量に応じた受光信号を出力する光受光器と、 を備えることを特徴とする光検出装置。 - 【請求項２】 前記光学系は、前記出射光および前記戻
り光それぞれの所定の偏光成分を選択的に透過させる偏
光選択手段を備え、前記戻り光による前記半導体光増幅
素子の光増幅の発振モードを選択する、ことを特徴とす
る請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項３】 前記半導体光増幅素子はスーパールミネ
ッセントダイオードである、ことを特徴とする請求項１
記載の光検出装置。 - 【請求項４】 前記駆動回路は一定の前記駆動信号を出
力する、ことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。 - 【請求項５】 前記駆動回路は、前記受光信号に基づい
て前記駆動信号を調整して前記半導体光増幅素子から出
射される出射光の光量を一定に維持する、ことを特徴と
する請求項１記載の光検出装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4180296A JP3761240B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 光検出装置 |
| US08/781,812 US5808746A (en) | 1996-02-28 | 1997-01-09 | Photodetector apparatus |
| KR1019970002126A KR100440654B1 (ko) | 1996-02-28 | 1997-01-25 | 광학장치및공유초점현미경 |
| TW086102200A TW336275B (en) | 1996-02-28 | 1997-02-24 | Photodetector apparatus |
| DE69728708T DE69728708T2 (de) | 1996-02-28 | 1997-02-27 | Optische Vorrichtung |
| EP97301343A EP0793222B1 (en) | 1996-02-28 | 1997-02-27 | Optical apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4180296A JP3761240B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 光検出装置 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09237914A true JPH09237914A (ja) | 1997-09-09 |
| JP3761240B2 JP3761240B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=12618473
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4180296A Expired - Fee Related JP3761240B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 光検出装置 |
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| KR (1) | KR100440654B1 (ja) |
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| TW (1) | TW336275B (ja) |
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| JP2020102600A (ja) * | 2018-01-29 | 2020-07-02 | ローム株式会社 | 受発光装置の制御回路、位置検出装置、撮像装置、制御方法 |
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| JP4440680B2 (ja) | 2004-03-18 | 2010-03-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
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| DE102016115827A1 (de) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | Nanofocus Ag | Verfahren und Vorrichtung zur optischen Oberflächenmessung mit Hilfe eines chromatisch konfokalen Sensors |
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1996
- 1996-02-28 JP JP4180296A patent/JP3761240B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-01-09 US US08/781,812 patent/US5808746A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1997-02-27 EP EP97301343A patent/EP0793222B1/en not_active Expired - Lifetime
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