JPH10132513A - Optical waveguide type displacement detecting device - Google Patents

Optical waveguide type displacement detecting device

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JPH10132513A
JPH10132513A JP8290286A JP29028696A JPH10132513A JP H10132513 A JPH10132513 A JP H10132513A JP 8290286 A JP8290286 A JP 8290286A JP 29028696 A JP29028696 A JP 29028696A JP H10132513 A JPH10132513 A JP H10132513A
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JP
Japan
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double mode
mode channel
light
waveguide
channel waveguide
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JP8290286A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Iwasaki
豊 岩崎
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide type displacement detecting device which can accurately measure displacement without being affected by the inclination of a testpiece even in the case where the testpiece is inclined to an incident light. SOLUTION: Light emitted from a light source 1 is converged on a testpiece surface 4 by a converging optical system 3. Light reflected from the testpiece surface 4 is guided into the first and the second double mode channel waveguides 6, 7. The size of a deviation in the distribution of the electric field strength of the light severally propagated in the first and the second double mode channel waveguides 6, 7 is detected by detecting means 14-19. A difference between the size of the deviation of a propagated light in the first double mode channel waveguide 6 and the size of the deviation of the propagated light in the second double mode channel waveguide 7 is obtained by a subtracting means 20. In this case, the optical axis of the reflected light is arranged so that it may be located between the incident end face of the first double mode channel waveguide 6 and the incident end face of the second double mode channel waveguide 7.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ピックアップ等
の試料表面の上下方向の変位量を計測する変位検出装置
に関するものである。本発明は特にダブルモード光導波
路のモード干渉現象を利用した変位検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement detecting device for measuring a vertical displacement of a surface of a sample such as an optical pickup. The present invention particularly relates to a displacement detection device utilizing a mode interference phenomenon of a double mode optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダブルモード光導波路中のモード干渉を
利用して、試料表面の段差や反射率変化を観察するレー
ザ走査型モード干渉顕微鏡が提案されている(例えば、
H.Ooki and J.Iwasaki, Opt
ics communications 85(199
1)177)。また、集光光学系からの光を、ダブルモ
ード光ファィバーの入射端面の中心からわずかにずれた
位置に入射させることによって、集光光学系によって生
じる光の波面の傾斜を検出し、試料表面との距離の変化
を測定する方法が提案されている。(例えば、R.Ju
skaitisand T.Wilson, Appl
ied Optics 31(1992)4569)。
2. Description of the Related Art A laser scanning mode interference microscope has been proposed which observes a step on a sample surface and a change in reflectivity by utilizing mode interference in a double mode optical waveguide (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, 1988).
H. OKI and J.M. Iwasaki, Opt
ics communications 85 (199
1) 177). Also, by injecting the light from the condensing optical system at a position slightly deviated from the center of the input end face of the double mode optical fiber, the inclination of the wavefront of the light generated by the condensing optical system is detected, and the There has been proposed a method for measuring a change in the distance of the object. (For example, R. Ju
skaitisand T. Wilson, Appl
ied Optics 31 (1992) 4569).

【0003】これらの場合、ダブルモード導波路(ファ
イバー)の長さLが、ダブルモード導波路を導波する偶
モードと奇モードの間の完全結合長(偶モードと奇モー
ドとの位相差が180゜となる導波路の長さ)をLcと
するとき、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,
…) で表せる長さのとき、変位量を効率よく検出することが
知られている。変位量計測を目的として、基板上に形成
したモード干渉デバイスは、例えば、特開平4−208
913号公報で提案されている。
[0003] In these cases, the length L of the double mode waveguide (fiber) is determined by the perfect coupling length between the even mode and the odd mode (the phase difference between the even mode and the odd mode). Lc = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, 2)
…) It is known that the displacement can be efficiently detected when the length can be expressed by: A mode interference device formed on a substrate for the purpose of measuring the amount of displacement is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-208.
913 publication.

【0004】図4は、特開平4−208913号公報で
提案されているダブルモード導波路デバイスを用いて、
集光光学系によって生じる光の波面の傾斜を検出し、試
料表面の上下方向の変位量を測定する装置の概略図であ
る。
[0004] FIG. 4 is a diagram showing a double mode waveguide device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-208913.
FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus that detects a tilt of a wavefront of light generated by a converging optical system and measures a vertical displacement of a sample surface.

【0005】図4のように、光源24から出射した光
は、ハーフミラー25で反射し、レンズ26で試料表面
27に集光する。試料表面27からの反射戻り光は、再
びレンズ26、ハーフミラー25を透過し、基板28上
に形成したダブルモードチャネル導波路29の入射端面
の中心からわずかにずれた位置に入射する。この入射光
によってダブルモードチャネル導波路29に励振された
偶モードと奇モードの光は、モード干渉を起こしながら
ダブルモードチャネル導波路29を伝搬し、導波路分岐
部30で2つのチャネル導波路31,32に分配され、
それぞれ2つのチャネル導波路31,32を励振して伝
搬する。2つのチャネル導波路31,32の出射端にそ
れぞれ配設された2つの光検出器33,34は、2つの
チャネル導波路31,32を伝搬してきた光の強度をそ
れぞれ検出し、電気信号に変換する。減算回路35によ
って2つの光検出器33,34の出力の差信号が求めら
れる。
As shown in FIG. 4, light emitted from a light source 24 is reflected by a half mirror 25 and condensed on a sample surface 27 by a lens 26. The reflected return light from the sample surface 27 passes through the lens 26 and the half mirror 25 again, and is incident on a position slightly shifted from the center of the incident end face of the double mode channel waveguide 29 formed on the substrate 28. The light of the even mode and the odd mode excited in the double mode channel waveguide 29 by this incident light propagates in the double mode channel waveguide 29 while causing mode interference, and the two channel waveguides 31 in the waveguide branching section 30. , 32,
The two channel waveguides 31 and 32 are excited and propagated. The two photodetectors 33 and 34 disposed at the emission ends of the two channel waveguides 31 and 32 respectively detect the intensity of the light propagating through the two channel waveguides 31 and 32 and convert them into electric signals. Convert. The difference signal between the outputs of the two photodetectors 33 and 34 is obtained by the subtraction circuit 35.

【0006】ダブルモードチャネル導波路29の長さL
は、ダブルモードチャネル導波路29を導波する偶モー
ドと奇モードの間の完全結合長をLcとするとき L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,
…) で表される長さに設定されている。このような長さL
に、ダブルモードチャネル導波路29の長さが設定され
ている場合には、ダブルモードチャネル導波路29の入
射端面における入射光の位相の非対称性を、分岐部30
における伝搬光の強度分布の非対称性として選択的に検
出できる。すなわち、ダブルモードチャネル導波路29
の入射端面における入射光の位相が、ダブルモードチャ
ネル導波路29の中心軸について対称である場合には、
分岐部30において伝搬光の強度分布が対称になるた
め、2つのチャネル導波路31、32に分配される光の
強度は等しい。一方、ダブルモードチャネル導波路29
の入射端面における入射光の位相が非対称である場合に
は、分岐部30において伝搬光の強度分布が非対称にな
るため、2つのチャネル導波路31、32に分配される
光の強度は、入射光の位相の非対称性に対応した差が生
じる。
The length L of the double mode channel waveguide 29
Is Lc = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0,1,2,2) where Lc is the complete coupling length between the even mode and the odd mode guided in the double mode channel waveguide 29.
…) Is set to the length represented by. Such a length L
In the case where the length of the double mode channel waveguide 29 is set, the asymmetry of the phase of the incident light on the incident end face of the double mode channel waveguide 29 is determined by the branch 30
Can be selectively detected as the asymmetry of the intensity distribution of the propagated light at. That is, the double mode channel waveguide 29
When the phase of the incident light at the incident end surface of the optical waveguide is symmetric with respect to the central axis of the double mode channel waveguide 29,
Since the intensity distribution of the propagating light becomes symmetric in the branching section 30, the intensity of the light distributed to the two channel waveguides 31 and 32 is equal. On the other hand, the double mode channel waveguide 29
When the phase of the incident light at the incident end face of the optical waveguide is asymmetric, the intensity distribution of the propagating light at the branching section 30 becomes asymmetric, so that the intensity of light distributed to the two channel waveguides 31 and 32 is A difference corresponding to the phase asymmetry is generated.

【0007】図6(a),(b),(c)は、ダブルモ
ードチャネル導波路29の入射端面付近に反射戻り光3
9が入射する様子を模式的に描いた説明図である。図6
(a),(b),(c)において、反射戻り光39内の
曲線は、その位置での波面を表している。試料表面27
が、焦点位置にあるとき、ダブルモードチャネル導波路
29の入射端面に達した時点の反射戻り光39の波面4
0は、入射端面の幅方向と平行である(図6(b))。
よって、分岐部30でチャネル導波路31、32に分配
される光強度は等しく。減算回路35の出力は、0にな
る。
FIGS. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) show the reflected return light 3 near the incident end face of the double mode channel waveguide 29. FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a state in which a light beam 9 is incident. FIG.
In (a), (b) and (c), the curve in the reflected return light 39 represents the wavefront at that position. Sample surface 27
Is at the focal position, the wavefront 4 of the reflected return light 39 at the time of reaching the incident end face of the double mode channel waveguide 29
0 is parallel to the width direction of the incident end face (FIG. 6B).
Therefore, the light intensity distributed to the channel waveguides 31 and 32 at the branch part 30 is equal. The output of the subtraction circuit 35 becomes 0.

【0008】一方、試料表面27が焦点位置よりもダブ
ルモードチャネル導波路29に近いとき、ダブルモード
チャネル導波路29の入射端面に達した時点の波面40
は、曲面になり、ダブルモードチャネル導波路29の幅
方向に対して傾斜する(図6(a))。よって、分岐部
30で、チャネル導波路31、32に分配される光強度
は等しくなく、減算回路35の出力は、0にはならな
い。
On the other hand, when the sample surface 27 is closer to the double mode channel waveguide 29 than the focal position, the wavefront 40 at the time when the sample surface 27 reaches the incident end face of the double mode channel waveguide 29 is reached.
Becomes a curved surface and is inclined with respect to the width direction of the double mode channel waveguide 29 (FIG. 6A). Therefore, the light intensity distributed to the channel waveguides 31 and 32 at the branching unit 30 is not equal, and the output of the subtraction circuit 35 does not become zero.

【0009】また、試料表面が焦点位置よりもダブルモ
ードチャネル導波路29に遠いとき、ダブルモードチャ
ネル導波路29の入射端面に達した時点の波面40は、
図6(a)の場合とは逆方向に傾斜する(図6
(c))。よって、分岐部30でチャネル導波路31、
32に分配される光強度は等しくなく、減算回路35の
出力は、0にはならず、しかも、減算回路35の出力
は、図6(a)の場合とは、逆の極性となる。
When the sample surface is farther from the focal position than the double mode channel waveguide 29, the wavefront 40 at the time of reaching the incident end face of the double mode channel waveguide 29 is
6A is inclined in a direction opposite to that in the case of FIG.
(C)). Therefore, the channel waveguide 31,
The light intensity distributed to 32 is not equal, the output of the subtraction circuit 35 does not become 0, and the output of the subtraction circuit 35 has a polarity opposite to that in the case of FIG.

【0010】このような減算回路35の出力信号を縦軸
にとり、このときの試料表面27の変位量を横軸にとる
と、図5に示したように、試料表面27がレンズ26の
焦点位置にあるとき、出力信号がゼロとなる点を通る曲
線38が得られる。従って、差信号から試料表面27の
上下方向の変位量を知ることができる。
When the output signal of the subtraction circuit 35 is plotted on the vertical axis and the displacement of the sample surface 27 at this time is plotted on the horizontal axis, as shown in FIG. , A curve 38 is obtained which passes through the point where the output signal becomes zero. Therefore, the vertical displacement of the sample surface 27 can be known from the difference signal.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平4−20
8913号公報等の変位検出装置の構成では、試料が焦
点位置から変位した場合のみならず、試料が入射光に対
して傾いている場合にも、反射光の波面に傾きが生じ
る。しかしながら、従来の変位検出装置では、試料の焦
点位置からの変位による反射光の波面の傾きと、試料自
体が傾斜していることによる反射光の波面の傾きとを区
別することができない。このため、試料が入射光に対し
て傾いている場合には、減算回路の出力には、試料表面
の変位による出力成分と、試料表面の傾斜による出力成
分とが含まれ、変位が精度良く検出できないという問題
があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 4-20
In the configuration of the displacement detection device disclosed in JP-A-8913 or the like, not only when the sample is displaced from the focal position but also when the sample is inclined with respect to the incident light, the wavefront of the reflected light is inclined. However, the conventional displacement detection device cannot distinguish between the inclination of the wavefront of the reflected light due to the displacement of the sample from the focal position and the inclination of the wavefront of the reflected light due to the inclination of the sample itself. Therefore, when the sample is inclined with respect to the incident light, the output of the subtraction circuit includes an output component due to the displacement of the sample surface and an output component due to the inclination of the sample surface, and the displacement is accurately detected. There was a problem that it was not possible.

【0012】本発明は、このような課題を解決し、試料
が入射光に対して傾斜している場合にも、試料の傾きの
影響を受けることなく変位量を正確に測定できる光導波
路型変位検出装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves such a problem, and enables an optical waveguide type displacement to accurately measure the displacement amount without being affected by the inclination of the sample even when the sample is inclined with respect to the incident light. It is an object to provide a detection device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、以下のような変位検出装置を提供す
る。すなわち、光源と、該光源から出射した光を試料表
面に集光する集光光学系と、前記試料表面上で反射した
光をそれぞれ伝搬するための第1および第2のダブルモ
ードチャネル導波路と、前記第1および第2のダブルモ
ードチャネル導波路をそれぞれ伝搬してきた光の電界強
度分布の偏りの大きさを検出する検出手段と、前記検出
手段が検出した第1のダブルモードチャネル導波路の伝
搬光の偏りの大きさと第2のダブルモードチャネル導波
路の伝搬光の偏りの大きさとの差を求める減算手段とを
有し、前記第1および第2のダブルモードチャネル導波
路は、それぞれ、前記反射光を入射させるための入射端
面を有し、前記反射光の光軸は、第1のダブルモードチ
ャネル導波路の入射端面と、第2のダブルモードチャネ
ル導波路の入射端面との間に位置することを特徴とする
光導波路型変位検出装置である。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following displacement detecting device. That is, a light source, a condensing optical system for condensing light emitted from the light source on a sample surface, and first and second double-mode channel waveguides for transmitting light reflected on the sample surface, respectively. Detecting means for detecting the magnitude of the deviation of the electric field intensity distribution of the light propagating through the first and second double mode channel waveguides; and detecting the magnitude of the deviation of the first double mode channel waveguide detected by the detecting means. Subtraction means for calculating a difference between the magnitude of the bias of the propagating light and the magnitude of the bias of the propagating light of the second double-mode channel waveguide, wherein the first and second double-mode channel waveguides each include: An incident end face for allowing the reflected light to enter, and an optical axis of the reflected light, the incident end face of the first double mode channel waveguide, and the incident end face of the second double mode channel waveguide. It is an optical waveguide type displacement detector, characterized in that located between.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の光導波路
型変位検出装置について、図面を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical waveguide type displacement detecting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0015】図1のように、Si基板5の上には、所定
の間隔をあけて平行に第1および第2のダブルモードチ
ャネル導波路6、7が形成されている。ダブルモードチ
ャネル導波路6、7の入射端は、基板5の側面に露出さ
れている。ダブルモードチャネル導波路6、7のもう一
方の端部には、それぞれ、伝搬してきた光を2分岐する
ための分岐部8、9が接続されている。分岐部8には、
チャネル導波路10、11が接続されている。分岐部9
には、チャネル導波路12、13が接続されている。チ
ャネル導波路10、11、12、13の出射端は、基板
5の側面に露出されるように配置され、それぞれシリコ
ンフォトダイオード14、15、16、17が取り付け
られている。
As shown in FIG. 1, first and second double-mode channel waveguides 6 and 7 are formed on a Si substrate 5 in parallel at a predetermined interval. The incident ends of the double mode channel waveguides 6 and 7 are exposed on the side surface of the substrate 5. The other ends of the double mode channel waveguides 6 and 7 are connected to branch portions 8 and 9 for branching the propagated light into two, respectively. In the branch part 8,
Channel waveguides 10 and 11 are connected. Branch 9
Are connected to channel waveguides 12 and 13. The emission ends of the channel waveguides 10, 11, 12, and 13 are arranged so as to be exposed on the side surfaces of the substrate 5, and silicon photodiodes 14, 15, 16, and 17 are attached thereto.

【0016】ダブルモードチャネル導波路6、7、分岐
部8、9、および、チャネル導波路10、11、12、
13は、Geを添加したSiO2層をこれらの形状にパ
ターニングすることにより形成されている。これらは、
図7に示すように、基板5の上に形成されたSiO2
らなる下部クラッド層101と、SiO2からなる上部
クラッド層102との間に配置されている。
The double mode channel waveguides 6, 7, the branch portions 8, 9, and the channel waveguides 10, 11, 12,.
Reference numeral 13 is formed by patterning the SiO 2 layer to which Ge is added into these shapes. They are,
As shown in FIG. 7, a lower clad layer 101 composed of SiO 2 formed on the substrate 5, it is disposed between the upper cladding layer 102 made of SiO 2.

【0017】ダブルモードチャネル導波路6、7および
分岐部8、9において、実質的にダブルモードで光が伝
搬される長さLは、ダブルモードチャネル導波路6、7
を導波する偶モードと奇モードの間の完全結合長をLc
とするとき L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,
…) を満たす長さに設定されている。ダブルモードチャネル
導波路6、7は、同一形状に形成されている。すでに知
られているように、このような長さLにダブルモードチ
ャネル導波路6、7の長さを設定することにより、ダブ
ルモードチャネル導波路6、7の入射端面における入射
光の位相の非対称性を、分岐部8、9における光強度の
非対称性、すなわち伝搬光の電界強度分布の偏りとし
て、選択的に検出することができる。
In the double mode channel waveguides 6 and 7 and the branch portions 8 and 9, the length L in which light is substantially propagated in the double mode is equal to the double mode channel waveguides 6 and 7.
Lc is the complete coupling length between the even mode and the odd mode
L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,
…) The length is set to satisfy. The double mode channel waveguides 6 and 7 are formed in the same shape. As already known, by setting the lengths of the double mode channel waveguides 6 and 7 to such a length L, asymmetry of the phase of the incident light on the incident end faces of the double mode channel waveguides 6 and 7 is obtained. Characteristic can be selectively detected as the asymmetry of the light intensity in the branch portions 8 and 9, that is, the bias of the electric field intensity distribution of the propagating light.

【0018】基板5は、測定すべき試料4にダブルモー
ドチャネル導波路6、7の端面を向けるように配置され
ている。基板5と試料4との間には、波長670nmの
レーザーダイオード1、ハーフミラー2、対物レンズ3
が配置されている。これらは、レーザダイオード1から
出射された光が、ハーフミラー2で反射されて、対物レ
ンズ3で集光された後、試料4に照射され、反射光が、
対物レンズ3およびハーフミラー2を順に通過して、基
板5の側面のダブルモードチャネル導波路6、7の間の
領域の中心に照射されるように位置合わせされている。
The substrate 5 is arranged so that the end faces of the double mode channel waveguides 6 and 7 face the sample 4 to be measured. A laser diode 1 having a wavelength of 670 nm, a half mirror 2, an objective lens 3 are provided between the substrate 5 and the sample 4.
Is arranged. The light emitted from the laser diode 1 is reflected by the half mirror 2 and condensed by the objective lens 3 and then radiated to the sample 4 so that the reflected light is
The alignment is performed such that the light passes through the objective lens 3 and the half mirror 2 in order and is irradiated on the center of the region between the double mode channel waveguides 6 and 7 on the side surface of the substrate 5.

【0019】また、シリコンフォトダイオード14、1
5には、これらの出力信号の差を求めるための減算回路
18が接続されている。シリコンフォトダイオード1
6、17にも、これらの出力信号の差を求めるための減
算回路19が接続されている。減算回路18、19に
は、これらの出力信号の差をさらに求めるための減算回
路20が接続されている。
The silicon photodiodes 14, 1
5 is connected to a subtraction circuit 18 for obtaining the difference between these output signals. Silicon photodiode 1
A subtraction circuit 19 for obtaining the difference between these output signals is also connected to 6 and 17. To the subtraction circuits 18 and 19, a subtraction circuit 20 for further obtaining the difference between these output signals is connected.

【0020】つぎに、本実施の形態の光導波路型変位検
出装置の動作について説明する。
Next, the operation of the optical waveguide type displacement detecting device according to the present embodiment will be described.

【0021】レーザーダイオード1から出射した光は、
ハーフミラー2で反射され、対物レンズ3で試料表面4
に集光される。試料表面4からの反射戻り光は、対物レ
ンズ3、ハーフミラー2を順に通過して、第1と第2の
ダブルモードチャネル導波路6,7の間の領域の中心に
入射する。これにより、第1と第2のダブルモードチャ
ネル導波路6,7の端面に、試料表面4からの反射光が
それぞれ入射し、ダブルモード導波路6、7を励振す
る。ダブルモード導波路6、7を伝搬した光は、導波路
分岐部8,9でそれぞれ2つのチャネル導波路10,1
1およびチャネル導波路12,13に分配され、これら
のチャネル導波路10,11および12,13を励振す
る。
The light emitted from the laser diode 1 is
The light is reflected by the half mirror 2, and the sample surface 4 is reflected by the objective lens 3.
Is collected. The reflected return light from the sample surface 4 passes through the objective lens 3 and the half mirror 2 in order, and is incident on the center of the region between the first and second double mode channel waveguides 6 and 7. Thus, the reflected light from the sample surface 4 is incident on the end faces of the first and second double mode channel waveguides 6 and 7, respectively, and excites the double mode waveguides 6 and 7. Light that has propagated through the double mode waveguides 6 and 7 is transmitted to two channel waveguides 10 and 1 at waveguide branch portions 8 and 9 respectively.
1 and the channel waveguides 12, 13 to excite these channel waveguides 10, 11 and 12, 13.

【0022】4つのチャネル導波路10,11および1
2,13を伝搬した光は、出射端にそれぞれ配設された
4つのシリコンフォトダイオード14,15および1
6,17により光強度が電気信号に変換される。
Four channel waveguides 10, 11 and 1
The light propagating through the light emitting elements 2 and 13 is applied to four silicon photodiodes 14, 15 and 1 disposed at the light emitting ends, respectively.
The light intensities are converted into electric signals by the devices 6 and 17.

【0023】第1の減算回路18は、シリコンフォトダ
イオード14,15の出力の差信号を求める。また、第
2の減算回路19は、2つのシリコンフォトダイオード
16,17の出力の差信号を求める。そして、第3の減
算回路20によって、第1および第2の減算回路18,
19からの出力の差信号が求められる。
The first subtraction circuit 18 obtains a difference signal between the outputs of the silicon photodiodes 14 and 15. Further, the second subtraction circuit 19 obtains a difference signal between the outputs of the two silicon photodiodes 16 and 17. Then, the first and second subtraction circuits 18,
The difference signal of the output from 19 is determined.

【0024】ここで、試料表面4の変位および傾斜によ
る、減算回路20の出力の大きさの変化について、図2
を用いて説明する。図2は、ダブルモードチャネル導波
路6、7に対して傾斜している試料表面4からの反射戻
り光21が、第1と第2のダブルモードチャネル導波路
6,7の入射端面に入射する様子を示した説明図であ
る。反射戻り光21内の曲線は、その位置での波面を表
している。
Here, the change in the magnitude of the output of the subtraction circuit 20 due to the displacement and inclination of the sample surface 4 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows that reflected return light 21 from the sample surface 4 inclined with respect to the double mode channel waveguides 6 and 7 is incident on the incident end faces of the first and second double mode channel waveguides 6 and 7. It is explanatory drawing which showed the situation. The curve in the reflected return light 21 represents the wavefront at that position.

【0025】図2(b)では、試料表面4は対物3の焦
点位置にある。試料表面4が傾いていなければ、図6
(b)と同じように、入射端面に達した時点の反射戻り
光21の波面は、ダブルモードチャネル導波路6、7の
幅方向に平行である。よって、分岐部8、9では、伝搬
光の電界強度分布は、導波路の幅方向に対して対称にな
る。しかしながら、図2(b)の場合には、試料表面4
が傾斜しているために、入射端面に達した時点の反射戻
り光21の波面22は、ダブルモードチャネル導波路
6、7に対して傾斜している。よって、ダブルモード光
導波路6、7の分岐部6、7に達した伝搬光の電界強度
分布は、試料表面4の傾斜による反射戻り光の波面の傾
斜に応じた非対称性を有する。
In FIG. 2B, the sample surface 4 is at the focal position of the objective 3. If the sample surface 4 is not inclined, FIG.
As in (b), the wavefront of the reflected return light 21 at the time of reaching the incident end face is parallel to the width direction of the double mode channel waveguides 6 and 7. Therefore, in the branch portions 8 and 9, the electric field intensity distribution of the propagating light becomes symmetric with respect to the width direction of the waveguide. However, in the case of FIG.
Is inclined, the wavefront 22 of the reflected return light 21 at the time of reaching the incident end face is inclined with respect to the double mode channel waveguides 6 and 7. Therefore, the electric field intensity distribution of the propagation light reaching the branch portions 6 and 7 of the double mode optical waveguides 6 and 7 has asymmetry according to the inclination of the wavefront of the reflected return light due to the inclination of the sample surface 4.

【0026】チャネル導波路10、11にそれぞれ分配
される光の強度は、第1のダブルモードチャネル導波路
6の伝搬光が、分岐部8に達した時点での光の電界分布
の偏りに対応する。また、チャネル導波路12、13に
それぞれ分配される光の強度は、第2のダブルモードチ
ャネル導波路7の伝搬光が、分岐部9に達した時点での
光の電界分布の偏りに対応する。よって、図2(b)で
は、チャネル導波路10に分配される光強度は、チャネ
ル導波路11に分配される光強度とは等しくない。ま
た、チャネル導波路12に分配される光強度は、チャネ
ル導波路13に分配される光強度とは等しくない。よっ
て、減算回路18、19の出力は、0ではない。
The intensity of the light distributed to the channel waveguides 10 and 11 corresponds to the bias of the electric field distribution of the light when the light propagated through the first double-mode channel waveguide 6 reaches the branch portion 8. I do. The intensity of the light distributed to the channel waveguides 12 and 13 corresponds to the bias of the electric field distribution of the light when the light propagated through the second double-mode channel waveguide 7 reaches the branch portion 9. . Therefore, in FIG. 2B, the light intensity distributed to the channel waveguide 10 is not equal to the light intensity distributed to the channel waveguide 11. Further, the light intensity distributed to the channel waveguide 12 is not equal to the light intensity distributed to the channel waveguide 13. Therefore, the outputs of the subtraction circuits 18 and 19 are not 0.

【0027】しかしながら、図2(b)からわかるよう
に、波面22の傾斜の向きおよび傾斜量は、第1のダブ
ルモードチャネル導波路6に対しても、第2のダブルモ
ードチャネル導波路7に対して同じである。よって、第
1のダブルモードチャネル導波路6の分岐部8に達した
伝搬光の電界分布の偏りの大きさは、第2のダブルモー
ドチャネル導波路7の分岐部9に達した伝搬光の電界分
布の偏りの大きさと同じである。このため、減算回路1
8、19の出力は、0ではないが、出力の極性および大
きさは同じになる。
However, as can be seen from FIG. 2B, the direction and amount of inclination of the wavefront 22 are different for the first double mode channel waveguide 6 and the second double mode channel waveguide 7. The same is true for Therefore, the magnitude of the bias of the electric field distribution of the propagation light reaching the branch portion 8 of the first double mode channel waveguide 6 depends on the electric field of the propagation light reaching the branch portion 9 of the second double mode channel waveguide 7. It is the same as the magnitude of the distribution bias. Therefore, the subtraction circuit 1
The outputs of 8 and 19 are not 0, but the polarities and magnitudes of the outputs are the same.

【0028】したがって、減算回路18、19の出力の
差を求める減算回路20の出力は、図2(b)のよう
に、試料表面4が対物レンズ3の焦点位置にある場合に
は、試料表面4が傾斜していても0になる。
Accordingly, the output of the subtraction circuit 20, which determines the difference between the outputs of the subtraction circuits 18 and 19, is determined when the sample surface 4 is at the focal position of the objective lens 3 as shown in FIG. It becomes 0 even if 4 is inclined.

【0029】また、試料表面4が対物レンズ3の焦点位
置にあり、試料表面4が傾斜していない場合には、第1
の減算回路18と第2の減算回路19の出力は、図6
(b)の場合と同じくそれぞれ0であるため、減算回路
20の出力も0である。
When the sample surface 4 is at the focal position of the objective lens 3 and the sample surface 4 is not inclined, the first
The outputs of the subtraction circuit 18 and the second subtraction circuit 19 of FIG.
Since each of them is 0 as in the case of (b), the output of the subtraction circuit 20 is also 0.

【0030】よって、本実施の形態の図1の変位検出装
置では、試料表面4が対物レンズ3の焦点位置にある場
合には、試料表面4が傾いても、傾いていなくても、減
算回路20の出力は0である。
Therefore, in the displacement detecting device of FIG. 1 according to the present embodiment, when the sample surface 4 is at the focal position of the objective lens 3, the subtraction circuit can be used whether the sample surface 4 is inclined or not. The output of 20 is zero.

【0031】つぎに、試料表面4が傾斜したまま、焦点
位置よりダブルモードチャネル導波路29に近い位置に
変位した場合について説明する。このとき、ダブルモー
ドチャネル導波路6、7の入射端面に達した時点の反射
戻り光の波面22は、図2(a)のように、曲面になる
とともに、試料表面4の傾斜により波面22全体が傾斜
する。よって、分岐部8、9における伝搬光の電界強度
分布の偏りは、波面22が曲面になったことによる波面
22の傾斜と、試料表面4の傾斜による波面22全体の
傾斜とを、加え合わせたものに対応する。
Next, a case where the sample surface 4 is displaced from the focal position to a position closer to the double mode channel waveguide 29 while the sample surface 4 is inclined will be described. At this time, the wavefront 22 of the reflected return light at the time of reaching the incident end faces of the double mode channel waveguides 6 and 7 becomes a curved surface as shown in FIG. Tilts. Therefore, the deviation of the electric field intensity distribution of the propagating light in the branching portions 8 and 9 is obtained by adding the inclination of the wavefront 22 due to the curved surface of the wavefront 22 and the inclination of the entire wavefront 22 due to the inclination of the sample surface 4. Corresponding to things.

【0032】このとき、試料表面4の傾斜によって生じ
る波面22の傾斜の向きおよび大きさは、ダブルモード
チャネル導波路6、7に対して同じであるため、図2
(b)の場合と同じように、試料表面4の傾斜によって
生じる減算回路18の出力の極性および大きさは、減算
回路19の出力の極性および大きさと同じになる。
At this time, since the direction and magnitude of the inclination of the wavefront 22 caused by the inclination of the sample surface 4 are the same with respect to the double mode channel waveguides 6 and 7, FIG.
As in the case of (b), the polarity and magnitude of the output of the subtraction circuit 18 caused by the inclination of the sample surface 4 are the same as the polarity and magnitude of the output of the subtraction circuit 19.

【0033】その一方で、試料表面4が対物レンズ3の
焦点からずれたことにより、波面22が曲面になること
による波面22の傾斜は、ダブルモードチャネル導波路
6と7とでは、逆向きの傾斜になる。これは、反射戻り
光の光軸が、ダブルモードチャネル導波路6、7の間の
領域の中心にくるように位置あわせされているためであ
る。そのため、試料表面4の焦点からの変位によって生
じる減算回路18の極性は、減算回路19の出力の極性
とは、反対になる。
On the other hand, when the sample surface 4 is shifted from the focal point of the objective lens 3, the inclination of the wavefront 22 due to the wavefront 22 being curved is opposite in the double mode channel waveguides 6 and 7. Become inclined. This is because the optical axis of the reflected return light is aligned so as to be at the center of the region between the double mode channel waveguides 6 and 7. Therefore, the polarity of the subtraction circuit 18 caused by the displacement of the sample surface 4 from the focal point is opposite to the polarity of the output of the subtraction circuit 19.

【0034】よって、減算回路20によって減算回路1
8の出力と減算回路19の出力との差を求めた場合、試
料表面4の傾斜による出力成分は、互いに相殺され0に
なるが、試料表面4の焦点からの変位による出力成分
は、極性が異なるために加算され、これが減算回路20
から出力される。
Therefore, the subtraction circuit 1
When the difference between the output of the sample surface 4 and the output of the subtraction circuit 19 is obtained, the output components due to the inclination of the sample surface 4 cancel each other out to become 0, but the output component due to the displacement of the sample surface 4 from the focal point has a polarity. Are added because they are different.
Output from

【0035】したがって、図1の変位検出装置では、試
料表面4が対物レンズ3の焦点位置よりもダブルモード
チャネル導波路6、7に近い側に変位していた場合に、
試料表面4が傾いても、傾いていなくても、減算回路2
0からは、試料表面4の焦点からの変位量に対応する出
力が得られる。
Therefore, in the displacement detecting device shown in FIG. 1, when the sample surface 4 is displaced closer to the double mode channel waveguides 6 and 7 than the focal position of the objective lens 3,
Whether the sample surface 4 is inclined or not, the subtraction circuit 2
From 0, an output corresponding to the amount of displacement of the sample surface 4 from the focal point is obtained.

【0036】また、図2(c)のように、試料表面4が
傾斜したまま、試料表面4が対物レンズ3の焦点位置よ
りもダブルモードチャネル導波路6、7に遠い側に変位
した場合、ダブルモードチャネル導波路6、7の入射端
に達した時点の波面22は、図2(a)の場合とは逆向
きの曲面になるとともに、試料表面4の傾斜により波面
22全体が傾斜する。この場合も、図2(a)と同様
に、試料表面4の傾きによる減算回路18、19の出力
成分は、互いに同じ極性で同じ大きさであるが、試料表
面4の焦点からの変位による減算回路18、19の出力
成分は、互いに逆の極性になる。よって、減算回路20
により、減算回路18、19の出力の差を求めることに
より、試料表面4の傾きによる出力成分は、互いに相殺
されて0になり、試料表面4の焦点からの変位による出
力成分は、互いに加算されて、減算回路20から出力さ
れる。
As shown in FIG. 2C, when the sample surface 4 is displaced to the side farther than the focal position of the objective lens 3 from the double mode channel waveguides 6 and 7 while the sample surface 4 is inclined. The wavefront 22 at the time of reaching the incident ends of the double mode channel waveguides 6 and 7 has a curved surface in the opposite direction to the case of FIG. 2A, and the entire wavefront 22 is inclined due to the inclination of the sample surface 4. Also in this case, as in FIG. 2A, the output components of the subtraction circuits 18 and 19 based on the inclination of the sample surface 4 have the same polarity and the same magnitude as each other, but subtraction due to the displacement of the sample surface 4 from the focal point. The output components of the circuits 18 and 19 have opposite polarities. Therefore, the subtraction circuit 20
By calculating the difference between the outputs of the subtraction circuits 18 and 19, the output components due to the inclination of the sample surface 4 cancel each other to become 0, and the output components due to the displacement of the sample surface 4 from the focal point are added to each other. Thus, it is output from the subtraction circuit 20.

【0037】したがって、図1の変位検出装置では、試
料表面4が対物レンズ3の焦点位置よりもダブルモード
チャネル導波路6、7から遠い側に変位していた場合
に、試料表面4が傾いても、傾いていなくても、減算回
路20からは、試料表面4の焦点からの変位量に対応す
る出力が得られる。
Therefore, in the displacement detecting device of FIG. 1, when the sample surface 4 is displaced farther from the double mode channel waveguides 6 and 7 than the focal position of the objective lens 3, the sample surface 4 is inclined. Even when the sample surface 4 is not tilted, an output corresponding to the amount of displacement of the sample surface 4 from the focal point is obtained from the subtraction circuit 20.

【0038】また、図2(c)の場合の波面22の曲面
の向きは、図2(a)の場合の波面22の曲面の向きと
は逆向きであるため、図2(c)の場合の減算回路20
の出力の極性は、図2(a)の場合の減算回路20の出
力の極性とは逆になる。これにより、図5の曲線38と
同様に、試料表面4の傾斜に関わらず、減算回路の出力
と、変位量と変位の向きとが一義的に対応する曲線が得
られる。
The direction of the curved surface of the wavefront 22 in the case of FIG. 2C is opposite to the direction of the curved surface of the wavefront 22 in the case of FIG. Subtraction circuit 20
Is opposite to the polarity of the output of the subtraction circuit 20 in the case of FIG. Thus, similarly to the curve 38 in FIG. 5, a curve is obtained in which the output of the subtraction circuit, the displacement amount, and the direction of the displacement uniquely correspond regardless of the inclination of the sample surface 4.

【0039】さらに、上述の変位検出装置は、試料表面
4の傾斜量が未知数である場合や、試料表面の傾斜量が
測定中に変化する場合であっても、試料表面4の焦点か
らの変位量のみを精度良く検出することができる。
Furthermore, the above-described displacement detection apparatus can be used to detect the displacement of the sample surface 4 from the focal point even when the amount of inclination of the sample surface 4 is unknown or when the amount of inclination of the sample surface changes during measurement. Only the amount can be accurately detected.

【0040】また、本実施の形態の変位検出装置は、減
算回路18、19の出力のうち、試料の変位による出力
成分が減算回路20により加算されるため、図5の曲線
38の傾きが急峻になるという利点もある。
Further, in the displacement detection apparatus of the present embodiment, the output component due to the displacement of the sample among the outputs of the subtraction circuits 18 and 19 is added by the subtraction circuit 20, so that the slope of the curve 38 in FIG. There is also the advantage of becoming.

【0041】本実施の形態においては、第1と第2のダ
ブルモードチャネル導波路は、近接して配置されている
ため、導波路の構成により、第1と第2のダブルモード
チャネル導波路6、7の間、また、チャネル導波路1
1、12の間において、光学的な結合が無視できない場
合が生じうる。このような場合には、第1と第2のダブ
ルモードチャネル導波路6、7の間、ならびに、チャネ
ル導波路10、11の間の基板5に、導波路の長手方向
に沿って溝を形成することにより、溝による空隙で導波
路間の光学的な結合を無くすことができる。
In this embodiment, since the first and second double mode channel waveguides are arranged close to each other, the first and second double mode channel waveguides 6 are arranged depending on the configuration of the waveguide. , 7 and the channel waveguide 1
Between 1 and 12, there may be cases where optical coupling cannot be ignored. In such a case, grooves are formed in the substrate 5 between the first and second double mode channel waveguides 6 and 7 and between the channel waveguides 10 and 11 along the longitudinal direction of the waveguide. By doing so, it is possible to eliminate optical coupling between the waveguides by the gap formed by the groove.

【0042】つぎに、図3を用いて、本発明の光導波路
型変位検出装置の第2の実施の形態について説明する。
本実施の形態においては、第1の実施の形態と同じ構成
要素には、同一の番号を付し、説明を省略する。
Next, a second embodiment of the optical waveguide type displacement detecting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0043】図3の実施の形態では、ダブルモードチャ
ネル導波路6とダブルモードチャネル導波路7は、独立
した基板5a、5bにそれぞれ搭載されている。そし
て、ハーフミラー2を通過した反射戻り光を2つの光路
に分割するハーフプリズム23が配置される。基板5
a,5bは、分割された光が、ダブルモードチャネル導
波路6、7にそれぞれ入射する位置に配置される。分割
された光路の光軸は、それぞれダブルモードチャネル導
波路6、7の中心軸からわずかにずれるように位置あわ
せされる。光軸をずらす方向および量は、第1のダブル
モードチャネル導波路6に対するずれと、第2のダブル
モードチャネル導波路7に対するずれとが、ずれ方向が
逆で、かつ、ずれ量が等しくなるようにする。すなわ
ち、分割された光路の光軸を重ねた場合に、ダブルモー
ドチャネル導波路6、7が、重ねた光軸を挟んで対称な
位置に来るように配置する。これは、試料表面4の傾斜
による減算回路18、19の出力を、同じ極性にするた
めである。
In the embodiment shown in FIG. 3, the double mode channel waveguide 6 and the double mode channel waveguide 7 are mounted on independent substrates 5a and 5b, respectively. Then, a half prism 23 for dividing the reflected return light passing through the half mirror 2 into two optical paths is provided. Substrate 5
a and 5b are arranged at positions where the split light enters the double mode channel waveguides 6 and 7, respectively. The optical axes of the divided optical paths are aligned so as to be slightly deviated from the central axes of the double mode channel waveguides 6 and 7, respectively. The direction and amount of shift of the optical axis are such that the shift with respect to the first double-mode channel waveguide 6 and the shift with respect to the second double-mode channel waveguide 7 have opposite shift directions, and the shift amounts are equal. To That is, when the optical axes of the divided optical paths are overlapped, the double mode channel waveguides 6 and 7 are arranged so as to be symmetrical with respect to the overlapped optical axis. This is because the outputs of the subtraction circuits 18 and 19 due to the inclination of the sample surface 4 have the same polarity.

【0044】この構成では、ハーフプリズム23を透過
した反射戻り光は、基板5a上に形成された第1のダブ
ルモードチャネル導波路6の中心からわずかにずれた位
置に入射する。ハーフプリズム23で反射した光は、別
の基板5b上に形成された第2のダブルモードチャネル
導波路7の中心からわずかにずれた位置に入射する。こ
れにより、第1の実施の形態と同様に、試料の傾きによ
る出力を減算回路20により相殺して、変位量のみを測
定することが可能になる。また、図3の構成では、第1
と第2のダブルモードチャネル導波路6,7が空間的に
離れて配置されるため、第1および第2のダブルモード
チャネル導波路6,7間、ならびに、チャネル導波路1
1、12間に光学的結合が生じるおそれがない。よっ
て、基板および導波路材料の選択の範囲、ならびに、導
波路のサイズ等の設計値の範囲を広げることができる。
In this configuration, the reflected return light transmitted through the half prism 23 enters a position slightly deviated from the center of the first double mode channel waveguide 6 formed on the substrate 5a. The light reflected by the half prism 23 enters a position slightly deviated from the center of the second double mode channel waveguide 7 formed on another substrate 5b. As a result, as in the first embodiment, the output due to the tilt of the sample is canceled by the subtraction circuit 20, and only the displacement can be measured. Also, in the configuration of FIG.
And the second double mode channel waveguides 6 and 7 are spatially separated from each other, so that the space between the first and second double mode channel waveguides 6 and 7 and the channel waveguide 1
There is no possibility that optical coupling occurs between 1 and 12. Therefore, the range of selection of the substrate and the waveguide material and the range of design values such as the size of the waveguide can be expanded.

【0045】また、ダブルモードチャネル導波路6,7
間、ならびに、チャネル導波路11、12間に光学的結
合が生じるのを防止するために、図1の構成において、
ダブルモードチャネル導波路6、7の間隔を広くして同
一基板5の上に形成するとともに、ハーフミラー2を通
過した反射戻り光の光路を2つに分けて、一方の光路を
ダブルモードチャネル導波路6に入射させ、他方をダブ
ルモードチャネル導波路7に入射させる偏向部材を用い
ることもできる。なお、この場合にも、それぞれの光路
の光軸は、図3のように、ダブルモードチャネル導波路
6、7の中心からずれるようにする。
The double mode channel waveguides 6, 7
In order to prevent optical coupling between the channel waveguides 11 and 12 from occurring, in the configuration of FIG.
The double mode channel waveguides 6 and 7 are formed on the same substrate 5 with a wide interval, and the optical path of the reflected return light that has passed through the half mirror 2 is divided into two, and one of the optical paths is a double mode channel waveguide. It is also possible to use a deflecting member that causes the light to enter the wave path 6 and the other to enter the double mode channel waveguide 7. In this case as well, the optical axes of the respective optical paths are shifted from the centers of the double mode channel waveguides 6 and 7 as shown in FIG.

【0046】上述してきた各変位検出装置は、試料表面
の傾斜に関わらず、変位量を検出することができるた
め、本実施の形態の変位検出装置を、例えば半導体ウエ
ハーの表面の変形を測定するために用いることができ
る。従来のダブルモードチャネル導波路を1本のみ用い
る変位検出装置では、ウエハーが波打って変形している
場合のように、傾斜方向や傾斜量が試料部位によって複
雑に変化し、しかも、その傾斜が未知である試料を測定
した場合、傾斜が変位量と加算されて検出されるため、
変位を精度良く測定することはできない。しかしなが
ら、本実施の形態の変位検出装置を用いることにより、
傾斜に関わらず変位量を検出できるため、精度良くウエ
ハーの波打ち変形を検出できる。これにより、例えば、
半導体ウエハー上に形成したフォトレジストを露光する
際に用いるフォトマスクを、半導体ウエハーの傾斜を考
慮して、半導体ウエハーと平行に正確な間隔で設定する
ことが可能になる。よって、半導体ウエハーが変形して
いる場合でも高精度でパターンを形成することが可能に
なる。
Since each of the above-described displacement detection devices can detect the amount of displacement regardless of the inclination of the sample surface, the displacement detection device of the present embodiment measures the deformation of the surface of a semiconductor wafer, for example. Can be used for In a conventional displacement detection device using only one double mode channel waveguide, the tilt direction and tilt amount change complicatedly depending on the sample portion, as in the case where the wafer is wavy and deformed. When measuring an unknown sample, the tilt is detected by adding it to the displacement,
Displacement cannot be measured accurately. However, by using the displacement detection device of the present embodiment,
Since the displacement amount can be detected regardless of the inclination, the wavy deformation of the wafer can be detected with high accuracy. This allows, for example,
The photomask used when exposing the photoresist formed on the semiconductor wafer can be set at an accurate interval in parallel with the semiconductor wafer in consideration of the inclination of the semiconductor wafer. Therefore, a pattern can be formed with high accuracy even when the semiconductor wafer is deformed.

【0047】[0047]

【発明の効果】上述のように、本発明は、試料が入射光
に対して傾斜している場合にも、試料の傾きの影響を受
けることなく変位量を正確に測定できる光導波路型変位
検出装置を提供することが可能である。
As described above, according to the present invention, even when the sample is inclined with respect to the incident light, the displacement amount can be measured accurately without being affected by the inclination of the sample. It is possible to provide a device.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による光導波路型変
位検出装置の構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical waveguide displacement detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a),(b),(c)図1の光導波路型変位
検出装置のダブルモードチャネル導波路6、7への試料
表面からの反射戻り光の波面を示した説明図。
FIGS. 2A, 2B, and 2C are explanatory diagrams showing wavefronts of reflected return light from a sample surface to double mode channel waveguides 6 and 7 of the optical waveguide type displacement detection device of FIG.

【図3】本発明の第2の実施の形態における光導波路型
変位検出装置の構成を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an optical waveguide type displacement detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の光導波路型変位検出装置の構成を示すブ
ロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical waveguide type displacement detection device.

【図5】図4に示した光導波路型変位検出装置で得られ
る試料表面の変位と減算回路の信号との関係を示したグ
ラフ。
5 is a graph showing the relationship between the displacement of the sample surface obtained by the optical waveguide displacement detector shown in FIG. 4 and the signal of a subtraction circuit.

【図6】(a),(b),(c)図4に示した光導波路
型変位検出装置のダブルモード導波路への試料表面から
反射戻り光の波面を示した説明図。
6 (a), (b), (c) are explanatory diagrams showing the wavefront of reflected light returning from the sample surface to the double mode waveguide of the optical waveguide displacement detection device shown in FIG.

【図7】図1に示した光導波路型変位検出装置のダブル
モードチャネル導波路の構造を示すためのA−A’断面
図。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ showing a structure of a double mode channel waveguide of the optical waveguide displacement detection device shown in FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・レーザダイオード、2・・・ハーフミラー、3
・・・対物レンズ、4・・・試料表面、5・・・シリコ
ン基板、6、7・・・ダブルモードチャネル導波路、
8、9・・・分岐部、10、11、12、13・・・チ
ャネル導波路、14、15、16、17・・・シリコン
フォトダイオード、18、19、20・・・減算回路、
21・・・反射戻り光、22・・・波面、23・・・ハ
ーフプリズム、24・・・光源、25・・・ハーフミラ
ー、26・・・レンズ、27・・・試料表面、28・・
・基板、29・・・ダブルモードチャネル導波路、30
・・・分岐部、31、32・・・チャネル導波路、3
3、34・・・光検出器、35・・・減算回路、101
・・・下部クラッド層、102・・・上部クラッド層。
1 ... Laser diode, 2 ... Half mirror, 3
... Objective lens, 4 ... Sample surface, 5 ... Silicon substrate, 6, 7 ... Double mode channel waveguide,
8, 9 ... branch part, 10, 11, 12, 13 ... channel waveguide, 14, 15, 16, 17 ... silicon photodiode, 18, 19, 20 ... subtraction circuit,
21 ... reflection return light, 22 ... wavefront, 23 ... half prism, 24 ... light source, 25 ... half mirror, 26 ... lens, 27 ... sample surface, 28 ...
.Substrate, 29... Double mode channel waveguide, 30
... branch part, 31, 32 ... channel waveguide, 3
3, 34 photodetector, 35 subtraction circuit, 101
... lower cladding layer, 102 ... upper cladding layer.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、該光源から出射した光を試料表面
に集光する集光光学系と、前記試料表面上で反射した光
をそれぞれ伝搬するための第1および第2のダブルモー
ドチャネル導波路と、前記第1および第2のダブルモー
ドチャネル導波路をそれぞれ伝搬してきた光の電界強度
分布の偏りの大きさを検出する検出手段と、前記検出手
段が検出した第1のダブルモードチャネル導波路の伝搬
光の偏りの大きさと第2のダブルモードチャネル導波路
の伝搬光の偏りの大きさとの差を求める減算手段とを有
し、 前記第1および第2のダブルモードチャネル導波路は、
それぞれ、前記反射光を入射させるための入射端面を有
し、 前記反射光の光軸は、第1のダブルモードチャネル導波
路の入射端面と、第2のダブルモードチャネル導波路の
入射端面との間に位置することを特徴とする光導波路型
変位検出装置。
1. A light source, a condensing optical system for condensing light emitted from the light source on a sample surface, and first and second double mode channels for transmitting light reflected on the sample surface, respectively. A waveguide; detection means for detecting the magnitude of the deviation of the electric field intensity distribution of the light propagating through the first and second double mode channel waveguides; and a first double mode channel detected by the detection means Subtraction means for calculating a difference between the magnitude of the deviation of the propagation light of the waveguide and the magnitude of the deviation of the propagation light of the second double mode channel waveguide, wherein the first and second double mode channel waveguides ,
Each has an incident end face for allowing the reflected light to enter, and an optical axis of the reflected light is defined by an incident end face of the first double mode channel waveguide and an incident end face of the second double mode channel waveguide. An optical waveguide type displacement detecting device, which is located between the optical waveguide type displacement detecting devices.
【請求項2】請求項1において、前記第1のダブルモー
ドチャネル導波路の入射端面と、第2のダブルモードチ
ャネル導波路の入射端面とは、前記反射光の光軸を挟ん
で対称な位置に配置されていることを特徴とする光導波
路型変位検出装置。
2. An incident end face of the first double mode channel waveguide and an incident end face of the second double mode channel waveguide which are symmetrical with respect to an optical axis of the reflected light. An optical waveguide-type displacement detecting device, wherein
【請求項3】請求項1において、前記第1および第2の
ダブルモードチャネル導波路は、同一の基板上に形成さ
れていることを特徴とする光導波路型変位検出装置。
3. The optical waveguide type displacement detecting device according to claim 1, wherein said first and second double mode channel waveguides are formed on the same substrate.
【請求項4】請求項3において、前記第1のダブルモー
ドチャネル導波路は、第2のダブルモードチャネル導波
路と平行に形成されていることを特徴とする光導波路型
変位検出装置。
4. The optical waveguide type displacement detecting device according to claim 3, wherein the first double mode channel waveguide is formed in parallel with the second double mode channel waveguide.
【請求項5】請求項3において、前記基板には、前記第
1のダブルモードチャネル導波路と第2のダブルモード
チャネル導波路との間に溝が形成されていることを特徴
とする光導波路型変位検出装置。
5. An optical waveguide according to claim 3, wherein a groove is formed in said substrate between said first double mode channel waveguide and said second double mode channel waveguide. Mold displacement detector.
【請求項6】請求項1において、前記第1のダブルモー
ドチャネル導波路と第2のダブルモードチャネル導波路
は、それぞれ異なる基板上に形成されていることを特徴
とする光導波路型変位検出装置。
6. The optical waveguide type displacement detecting device according to claim 1, wherein the first double mode channel waveguide and the second double mode channel waveguide are formed on different substrates, respectively. .
【請求項7】請求項1において、前記反射光を2方向に
分割する分割光学系をさらに有し、 前記第1のダブルモードチャネル導波路の入射端面は、
前記分割された反射光の一方が入射する位置に配置さ
れ、前記第2のダブルモードチャネル導波路の入射端面
は、前記分割された反射光の他方が入射する位置に配置
されるとともに、前記第1のダブルモードチャネル導波
路の入射端面と前記第2のダブルモードチャネル導波路
の入射端面とは、前記2方向に分割された反射光の光軸
のそれぞれの外側にそれぞれの入射端面の中心が位置す
るように配置されていることを特徴とする光導波路型変
位検出装置。
7. The optical system according to claim 1, further comprising a splitting optical system for splitting the reflected light in two directions, wherein an incident end face of the first double mode channel waveguide is:
The split reflected light is disposed at a position where one of the reflected light is incident, and the incident end face of the second double mode channel waveguide is disposed at a position where the other of the divided reflected light is incident and the second The incident end face of the double mode channel waveguide and the incident end face of the second double mode channel waveguide are arranged such that the centers of the respective incident end faces are outside the optical axes of the reflected light divided in the two directions. An optical waveguide type displacement detecting device, which is disposed so as to be positioned.
【請求項8】請求項1において、前記検出手段は、前記
第1および第2のダブルモードチャネル導波路を伝搬し
てきた光をそれぞれ2方向に分岐する第1および第2の
分岐部と、前記第1および第2の分岐部により2方向に
分岐された光の強度をそれぞれ検出する光検出器と、前
記光検出器の出力差を求めることにより、第1および第
2の分岐部によりそれぞれ分岐された光の強度差を求め
る減算する減算手段とを有することを特徴とする光導波
路型変位検出装置。
8. The apparatus according to claim 1, wherein said detecting means comprises: first and second branch portions for branching light propagating through said first and second double mode channel waveguides in two directions, respectively. A photodetector that detects the intensity of light branched in two directions by the first and second branching units, and an output difference between the photodetectors is obtained, so that the light is branched by the first and second branching units. An optical waveguide type displacement detecting device, comprising: a subtraction means for subtracting an intensity difference of the applied light.
【請求項9】請求項1において、前記第1のダブルモー
ドチャネル導波路の長さLは、前記ダブルモード導波路
を導波する偶モードと奇モードの間の完全結合長をLc
とするとき、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,
…) で表され、前記第2のダブルモードチャネル導波路の長
さLは、前記ダブルモードチャネル導波路を導波する偶
モードと奇モードの間の完全結合長をLcとするとき、 L=Lc(2n+1)/2 (n=0,1,2,
…) で表されることを特徴とする光導波路型変位検出装置。
9. The structure according to claim 1, wherein the length L of the first double mode channel waveguide is a total coupling length Lc between an even mode and an odd mode guided in the double mode waveguide.
L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,
..), And the length L of the second double-mode channel waveguide is represented by Lc, where Lc is the perfect coupling length between the even mode and the odd mode guided in the double-mode channel waveguide. Lc (2n + 1) / 2 (n = 0, 1, 2,
…) An optical waveguide type displacement detection device characterized by the following.
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