JPH10133096A - Focus detector - Google Patents
Focus detectorInfo
- Publication number
- JPH10133096A JPH10133096A JP8290288A JP29028896A JPH10133096A JP H10133096 A JPH10133096 A JP H10133096A JP 8290288 A JP8290288 A JP 8290288A JP 29028896 A JP29028896 A JP 29028896A JP H10133096 A JPH10133096 A JP H10133096A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- double mode
- incident end
- mode waveguides
- focus detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Focusing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用いた
焦点検出装置または変位測定装置に関する。The present invention relates to a focus detecting device or a displacement measuring device using an optical waveguide.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光通信、光計測の分野で光導波路
が注目されている。その理由は、光導波路を用いること
によって光学系の小型、軽量化を図ることができ、ま
た、光軸の調整が不要になるという利点を有しているか
らである。2. Description of the Related Art In recent years, optical waveguides have attracted attention in the fields of optical communication and optical measurement. The reason is that the use of the optical waveguide has the advantages that the size and weight of the optical system can be reduced and the adjustment of the optical axis is not required.
【0003】光導波路を利用した計測器の一つとして、
例えば、特開平6−331841号公報記載のように、
焦点検出装置が提案されている。特開平6−33184
1号公報の焦点検出装置は、図5のように、光導波路と
してダブルモード導波路を用いている。[0003] As one of measuring instruments using an optical waveguide,
For example, as described in JP-A-6-331841,
A focus detection device has been proposed. JP-A-6-33184
The focus detection device of Japanese Patent Publication No. 1 uses a double mode waveguide as an optical waveguide as shown in FIG.
【0004】ダブルモード導波路にレーザ光を入射させ
ると、入射端におけるレーザ光の特徴に応じて導波路内
に0次モードのみ、もしくは、0次モードと1次モード
とが励振される。0次モードと1次モードとが励振され
た場合、2つのモードは、導波路内で互いに干渉し、干
渉光は、ダブルモード導波路内を蛇行しながら伝搬す
る。このため、光導波路の幅方向についての光強度分布
に非対称性が生じる。When a laser beam is incident on a double mode waveguide, only the 0th mode or the 0th and 1st modes are excited in the waveguide according to the characteristics of the laser beam at the incident end. When the zero-order mode and the first-order mode are excited, the two modes interfere with each other in the waveguide, and the interference light propagates meandering in the double-mode waveguide. Therefore, asymmetry occurs in the light intensity distribution in the width direction of the optical waveguide.
【0005】ここで、ダブルモード導波路に0次モード
光と1次モード光とを励振する入射光の特徴として、2
つの要素がある。ひとつは、入射レーザ光の強度分布
が、導波路の幅方向についての非対称性を有する場合で
あり、もう一つは、入射レーザ光の位相が、導波路の幅
方向について非対称性を有する場合である。ダブルモー
ド導波路の長さを適当に選び、伝搬してきた光の非対称
性を検出することにより、入射光のいずれの要素も検出
することができる(H.Ooki and j.Iwasaki,Optics Comm
unications 85(1991)177)。Here, the characteristics of the incident light that excites the 0th-order mode light and the 1st-order mode light in the double mode waveguide are as follows.
There are two elements. One is when the intensity distribution of the incident laser light has asymmetry in the width direction of the waveguide, and the other is when the phase of the incident laser light has asymmetry in the width direction of the waveguide. is there. By appropriately selecting the length of the double-mode waveguide and detecting the asymmetry of the transmitted light, any element of the incident light can be detected (H. Ooki and j. Iwasaki, Optics Comm.
unications 85 (1991) 177).
【0006】特開平6−331841号公報の焦点検出
装置は、このダブルモード導波路におけるモード干渉を
利用して入射レーザ光の光軸方向の変位(焦点位置ず
れ)を検出することができる。図5において、光源10
1から発せられた光は、ハーフミラー102で反射して
コリメータレンズ103で平行光となった後、対物レン
ズ104によって被検物体105に集光される。被検物
体105上で反射した光は、再び対物レンズ104およ
びコリメータレンズ103を通り、ハーフミラー102
を透過して基板110上に形成されたダブルモード導波
路111の入射端106に集光される。入射端面106
の中心は、被検物体105からの反射光の光軸からわず
かにずれた位置に配置されている。The focus detection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-331841 can detect a displacement (focal position shift) of incident laser light in the optical axis direction by using mode interference in the double mode waveguide. In FIG. 5, the light source 10
The light emitted from 1 is reflected by the half mirror 102, becomes parallel light by the collimator lens 103, and is then focused on the test object 105 by the objective lens 104. The light reflected on the test object 105 passes through the objective lens 104 and the collimator lens 103 again and passes through the half mirror 102
And is condensed on the incident end 106 of the double mode waveguide 111 formed on the substrate 110. Incident end face 106
Is located at a position slightly deviated from the optical axis of the reflected light from the test object 105.
【0007】被検物体105が対物レンズ104の焦点
位置からずれている場合には、入射端面106における
レーザスポット光の等位相面に傾きが生じるため、ダブ
ルモード導波路111の幅方向について位相分布の非対
称性がある。ダブルモード導波路111には0次モード
光と1次モード光とが励振され、両モードの干渉光がダ
ブルモード導波路111内を蛇行しながら伝搬する。こ
の干渉を利用してダブルモード導波路に入射する光の位
相分布の非対称性を検出することによって、焦点位置ず
れが検出できる。When the test object 105 is shifted from the focal position of the objective lens 104, an inclination occurs in the equiphase plane of the laser spot light at the incident end face 106, so that the phase distribution in the width direction of the double mode waveguide 111 is generated. There is asymmetry. The 0th-order mode light and the 1st-order mode light are excited in the double mode waveguide 111, and the interference light of both modes propagates in the double mode waveguide 111 while meandering. By using this interference to detect the asymmetry of the phase distribution of the light incident on the double mode waveguide, it is possible to detect the focal position shift.
【0008】入射光の位相分布の非対称性を、ダブルモ
ード導波路111を伝搬する光の非対称性から検出する
ために、図5の装置では、ダブルモード導波路111を
予め定めた長さの地点で導波路112、113に分岐し
ている。そして、導波路112、113からの出射光の
強度を光検出器114、115で検出し、これらの出力
の差を作動増幅器116でとることにより、ダブルモー
ド導波路111を伝搬する光の非対称性を検出し、これ
により、被検物体105の焦点位置ずれを知ることがで
きる。In order to detect the asymmetry of the phase distribution of the incident light from the asymmetry of the light propagating through the double mode waveguide 111, the apparatus shown in FIG. Branch into the waveguides 112 and 113. Then, the intensities of the light emitted from the waveguides 112 and 113 are detected by the photodetectors 114 and 115, and the difference between these outputs is obtained by the operational amplifier 116, whereby the asymmetry of the light propagating through the double mode waveguide 111 is obtained. Is detected, whereby the focal position shift of the test object 105 can be known.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平6−331841号公報に記載されている焦点検
出装置は、高分解能であるが、検出可能な範囲が小さい
ため、焦点検出信号の引き込み範囲が小さいという問題
があった。However, the focus detection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331841 has a high resolution, but has a small detectable range, so that the focus detection signal pull-in range is small. There was a problem that was small.
【0010】本発明は、ダブルモード導波路を用いた焦
点検出装置であって、焦点検出可能な範囲が広い装置を
提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a focus detection device using a double mode waveguide, which has a wide focus detectable range.
【0011】[0011]
【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、以下のような焦点検出装置が提供
される。すなわち、光源と、前記光源からの光を集光し
て被検物体に照射する集光光学系と、前記被検物体から
の反射光を入射端面から入射させて伝搬するための複数
のダブルモード導波路と、前記ダブルモード導波路を伝
搬してきた光の電界分布の偏りを検出するための検出手
段とを有し、前記被検物体と前記複数のダブルモード導
波路との間には、前記被検物体からの反射光を、前記ダ
ブルモード導波路の数の光束に分割し、それぞれを、前
記複数のダブルモード導波路の入射端面に導く分割手段
が配置され、前記複数のダブルモード導波路は、それぞ
れ、入射端面の中心が、前記分割手段によって導かれた
光束の光軸からずれた位置に配置されている焦点検出装
置である。According to the present invention, there is provided the following focus detecting apparatus. That is, a light source, a condensing optical system for condensing light from the light source and irradiating the object to be inspected, and a plurality of double modes for propagating reflected light from the object to be incident on an incident end face and propagating the same. A waveguide, having a detecting unit for detecting the deviation of the electric field distribution of light that has propagated through the double mode waveguide, between the test object and the plurality of double mode waveguides, Dividing means for dividing the reflected light from the test object into light beams of the number of the double mode waveguides, and guiding each of the light fluxes to the incident end faces of the plurality of double mode waveguides is arranged, and the plurality of double mode waveguides are arranged. Are focus detection devices in which the centers of the incident end faces are respectively displaced from the optical axis of the light beam guided by the splitting means.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の焦点検出
装置について説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A focus detecting device according to an embodiment of the present invention will be described.
【0013】まず、図1を用いて、本発明の第1の実施
の形態の焦点検出装置の構成について説明する。First, the configuration of a focus detection device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0014】基板20には、5本のダブルモード導波路
21、22、23、24、25が予め定められた間隔で
平行に形成されている。ダブルモード導波路21、2
2、23、24、25は、一方の端部が入射端面とし
て、基板20の側面に配置されている。また、他端に
は、それぞれを伝搬してきた光を2方向に分岐するため
の分岐部201、202、203、204、205がそ
れぞれ接続されている。分岐部201には、分岐された
光を伝搬する2本の導波路26、27が接続されてい
る。同様に、分岐部202には、導波路28、29が接
続され、分岐部203には、導波路30、31が接続さ
れ、分岐部204には、導波路32、33が接続され、
分岐部205には、導波路34、35が接続されてい
る。導波路26〜35の端部は、出射端として基板20
の側面に配置され、それぞれ光検出器41〜50が取り
付けられている。On the substrate 20, five double mode waveguides 21, 22, 23, 24 and 25 are formed in parallel at predetermined intervals. Double mode waveguide 21, 2
2, 23, 24, and 25 are arranged on the side surface of the substrate 20 with one end as an incident end surface. Further, the other ends are connected to branching units 201, 202, 203, 204, and 205, respectively, for branching the light propagating therethrough in two directions. Two waveguides 26 and 27 that propagate the split light are connected to the split unit 201. Similarly, the waveguides 28 and 29 are connected to the branch 202, the waveguides 30 and 31 are connected to the branch 203, the waveguides 32 and 33 are connected to the branch 204,
The waveguides 34 and 35 are connected to the branch portion 205. The ends of the waveguides 26 to 35 are connected to the substrate 20 as emission ends.
And photodetectors 41 to 50 are respectively attached.
【0015】光検出器41、42には、両者の出力の差
を出力するための差動増幅器51が接続されている。同
様に、光検出器43、44には、差動増幅器52が接続
され、光検出器45、46には、差動増幅器53が接続
され、光検出器47、48には、差動増幅器54が接続
され、光検出器49、50には、差動増幅器55が接続
されている。The photodetectors 41 and 42 are connected to a differential amplifier 51 for outputting the difference between the two outputs. Similarly, a differential amplifier 52 is connected to the photodetectors 43 and 44, a differential amplifier 53 is connected to the photodetectors 45 and 46, and a differential amplifier 54 is connected to the photodetectors 47 and 48. Are connected, and the differential amplifier 55 is connected to the photodetectors 49 and 50.
【0016】ダブルモード導波路21〜25の入射端面
が配置された基板20の側面には、ハーフミラーアレイ
10が取り付けられている。ハーフミラーアレイ10
は、5つのハーフミラー11〜15を、ダブルモード導
波路21〜25の間隔と同じ間隔で平行に備えた構成で
ある。A half mirror array 10 is mounted on the side surface of the substrate 20 on which the incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25 are arranged. Half mirror array 10
Has a configuration in which five half mirrors 11 to 15 are provided in parallel at the same interval as the interval between the double mode waveguides 21 to 25.
【0017】ダブルモード導波路21〜25および分岐
部201〜205の領域において、ダブルモードで光が
伝搬しうる領域の長さをL、完全結合長(0次モードと
1次モードの位相差がπとなる長さ)をLcとした場
合、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・・
・) となるように、ダブルモード導波路21〜25の長さお
よび分岐部201〜205の形状をさだめている。この
条件の場合には、ダブルモード導波路21〜25の入射
端面に入射する光の位相分布の非対称性が、分岐部20
1〜205における伝搬光の電界強度分布の非対称性と
して選択的に検出される。In the regions of the double mode waveguides 21 to 25 and the branch portions 201 to 205, the length of the region in which light can propagate in the double mode is L, and the complete coupling length (the phase difference between the 0th mode and the 1st mode is L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...)
·) The lengths of the double mode waveguides 21 to 25 and the shapes of the branch portions 201 to 205 are determined so that Under this condition, the asymmetry of the phase distribution of the light incident on the incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25 is due to the asymmetry of the branch portion 20.
It is selectively detected as the asymmetry of the electric field intensity distribution of the propagating light in 1 to 205.
【0018】また、ハーフミラーアレイ10と被検物体
5との間には、ハーフミラー2、コリメータレンズ3、
対物レンズ4が光軸上に順に配置されている。また、ハ
ーフミラー2で偏向された光軸上には光源1が配置され
ている。A half mirror 2, a collimator lens 3,
Objective lenses 4 are sequentially arranged on the optical axis. The light source 1 is disposed on the optical axis deflected by the half mirror 2.
【0019】ハーフミラーアレイ10は、被検物体5か
らの反射戻り光を、ハーフミラー11〜15により順に
反射してダブルモード導波路21〜25の入射端面にそ
れぞれ入射させる位置に位置合わせされて配置される。
このとき、ダブルモード導波路21〜25の入射端面の
中心が、ハーフミラー11〜15により反射された光の
光軸から、導波路の幅方向にわずかにずれた位置になる
ように配置する。The half mirror array 10 is positioned at a position where the reflected return light from the test object 5 is sequentially reflected by the half mirrors 11 to 15 to be incident on the incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25, respectively. Be placed.
At this time, the double-mode waveguides 21 to 25 are arranged such that the centers of the incident end faces are slightly displaced from the optical axis of the light reflected by the half mirrors 11 to 15 in the width direction of the waveguide.
【0020】また、被検物体5が対物レンズ4の焦点位
置にある時の反射光が、5本のダブルモード導波路21
〜25の中央のダブルモード導波路23の入射端面に焦
点を結ぶように、基板20と、コリメータレンズ3およ
び対物レンズ4との間隔を設定する。すなわち、光源1
とダブルモード導波路23の端面がハーフミラー2に対
して共役な位置にあるように配置する。When the test object 5 is at the focal position of the objective lens 4, the reflected light is reflected by the five double mode waveguides 21.
The distance between the substrate 20, the collimator lens 3 and the objective lens 4 is set so as to focus on the incident end face of the double mode waveguide 23 at the center of the ダ ブ ル 25. That is, the light source 1
And the double mode waveguide 23 are arranged such that the end faces thereof are conjugate to the half mirror 2.
【0021】本実施の形態では、基板20としてシリコ
ン基板を用い、この上に、下部クラッド層としてSiO
2層を形成している。この上に、ゲルマニウムを添加し
たSiO2層を順に形成し、この層を、ダブルモード導
波路21〜25、分岐部201〜205、導波路26〜
35の形状にフォトリソグラフィによりパターニングし
た後、上部クラッドとしてSiO2層をかぶせることに
より、ダブルモード導波路21〜25、分岐部201〜
205、導波路26〜35を形成している。In the present embodiment, a silicon substrate is used as the substrate 20, and a SiO.sub.2
Two layers are formed. An SiO 2 layer to which germanium is added is sequentially formed thereon, and this layer is formed into double mode waveguides 21 to 25, branch portions 201 to 205, and waveguides 26 to 205.
After patterning by photolithography 35 shape, by covering the SiO 2 layer as an upper clad, double mode waveguide 21 to 25, the branch portion 201 to
205, and waveguides 26 to 35 are formed.
【0022】また、ハーフミラーアレイ10は、図7の
ようにガラスの薄板261〜266上に、ハーフミラー
11〜15として作用する多層膜271〜275をそれ
ぞれ成膜し、これらをガラスの薄板261〜266と同
じ屈折率の接着剤により貼り合わせ、積層体にしてい
る。これを図7の点線267、268のように、主平面
に対して45゜で切断する。これにより、多層膜271
〜275がハーフミラー11〜15として作用するハー
フミラーアレイ10を製造している。なお、ハーフミラ
ー11〜15の間隔は、ハーフミラー11〜15で分割
する光束に必要な光路長差を与えるように定める。ガラ
スの薄板261〜266の厚さは、ハーフミラー11〜
15の間隔の1/√2となるように定める。また、ダブ
ルモード導波路21〜25の間隔は、ハーフミラー11
〜15の間隔と一致するように定める。In the half mirror array 10, as shown in FIG. 7, multilayer films 271 to 275 functioning as half mirrors 11 to 15 are formed on thin glass plates 261 to 266, respectively. 266 are bonded together with an adhesive having the same refractive index to form a laminate. This is cut at 45 ° with respect to the main plane as shown by dotted lines 267 and 268 in FIG. Thereby, the multilayer film 271 is formed.
To 275 manufacture the half mirror array 10 acting as the half mirrors 11 to 15. Note that the intervals between the half mirrors 11 to 15 are determined so as to give a necessary optical path length difference to the light flux split by the half mirrors 11 to 15. The thickness of the glass thin plates 261 to 266 is the half mirror 11 to
It is determined to be 1 / √2 of the interval of 15. The distance between the double mode waveguides 21 to 25 is equal to the half mirror 11.
It is determined so as to match the interval of ~ 15.
【0023】また、光源1としては、例えば、出射光の
波長が670nmの半導体レーザを用いる。As the light source 1, for example, a semiconductor laser having a wavelength of emitted light of 670 nm is used.
【0024】このような構成の焦点検出装置において、
光源1から発せられた直線偏光の光は、ハーフミラー2
で反射してコリメータレンズ3で平行光となった後、対
物レンズ4によって被検物体5に集光される。被検物体
5上で反射した光は、再び対物レンズ4およびコリメー
タレンズ3を通り、ハーフミラー2を透過する。In the focus detection device having such a configuration,
The linearly polarized light emitted from the light source 1 is
After being reflected by the collimator lens 3 and becoming parallel light, the light is condensed on the object 5 by the objective lens 4. The light reflected on the test object 5 passes through the objective lens 4 and the collimator lens 3 again, and passes through the half mirror 2.
【0025】ハーフミラー2を透過した光は、ハーフミ
ラー11〜15からなるハーフミラーアレイ10を経
て、基板20上に形成されたダブルモード導波路21〜
25にそれぞれ入射する。The light transmitted through the half mirror 2 passes through the half mirror array 10 including the half mirrors 11 to 15 and passes through the double mode waveguides 21 to 21 formed on the substrate 20.
25.
【0026】ダブルモード導波路21〜25に入射する
までの被検物体5からの反射光の光路長は、ハーフミラ
ー11〜15の間隔の光路長ずつそれぞれ異なってい
る。The optical path lengths of the reflected light from the test object 5 before entering the double mode waveguides 21 to 25 differ from one another by the optical path lengths at the intervals of the half mirrors 11 to 15, respectively.
【0027】被検物体5が対物レンズ4の焦点位置にあ
る場合、被検物体5からの反射光は、ダブルモード導波
路23の入射端面で焦点を結ぶように配置されているた
め、ダブルモード導波路24、25では、入射端面より
被検物体側5で、被検物体5からの反射光が焦点を結
ぶ。また、ダブルモード導波路21、22では、入射端
面後方で反射光が焦点を結ぶことになる。When the test object 5 is located at the focal position of the objective lens 4, the reflected light from the test object 5 is arranged so as to be focused on the incident end face of the double mode waveguide 23, so that the double mode In the waveguides 24 and 25, the reflected light from the test object 5 is focused on the test object side 5 from the incident end face. In the double mode waveguides 21 and 22, the reflected light is focused behind the incident end face.
【0028】また、被検物体5が対物レンズ4の焦点位
置から後側(対物レンズ4よりも遠い側)にある量ずれ
たときには被検物体5からの反射光は、ダブルモード導
波路22の端面で焦点を結ぶ(図2)。さらに被検物体
5が後側にずれると反射光はダブルモード導波路21の
端面で焦点を結ぶ。When the object 5 deviates from the focal position of the objective lens 4 by a certain amount on the rear side (farther side than the objective lens 4), the reflected light from the object 5 is transmitted through the double mode waveguide 22. Focus on the end face (Figure 2). When the test object 5 further shifts to the rear side, the reflected light focuses on the end face of the double mode waveguide 21.
【0029】一方、被検物体5が対物レンズ4の焦点位
置から手前側にある量ずれたときには被検物体5からの
反射光はダブルモード導波路24の端面で焦点を結ぶ
(図3)。さらに被検物体5が手前側にずれると反射光
はダブルモード導波路25の端面で焦点を結ぶ。On the other hand, when the object 5 is displaced from the focal position of the objective lens 4 by a certain amount on the front side, the reflected light from the object 5 is focused on the end face of the double mode waveguide 24 (FIG. 3). Further, when the test object 5 is shifted to the near side, the reflected light is focused on the end face of the double mode waveguide 25.
【0030】すなわち、被検物体5の位置によって反射
光が焦点を結ぶダブルモード導波路の端面が異なる。That is, the end face of the double mode waveguide where the reflected light focuses differs depending on the position of the test object 5.
【0031】ダブルモード導波路に被検物体5からの反
射光が入射する際に、反射光が入射端面位置において焦
点を結ぶ場合には、被検物体5からの反射光の波面が、
入射端面において入射端面と平行になり、ダブルモード
導波路には、ダブルモード導波路の幅方向について、位
相が対称な光が入射する。これに対し、反射光の焦点が
入射端面位置からずれている場合では、被検物体5から
の反射光の波面が、入射端面において曲面になる。この
ときダブルモード導波路の中心が、被検物体5からの反
射光の光軸からわずかにずれた位置関係になっているた
め、ダブルモード導波路には、位相が非対称な光が入射
する。When the reflected light from the test object 5 enters the double mode waveguide and the reflected light is focused at the position of the incident end face, the wavefront of the reflected light from the test object 5 becomes
Light that is parallel to the incident end face at the incident end face and enters the double mode waveguide with a phase symmetrical in the width direction of the double mode waveguide. On the other hand, when the focal point of the reflected light is shifted from the incident end face position, the wavefront of the reflected light from the test object 5 becomes a curved surface at the incident end face. At this time, since the center of the double mode waveguide has a positional relationship slightly shifted from the optical axis of the reflected light from the test object 5, light having an asymmetric phase is incident on the double mode waveguide.
【0032】ダブルモード導波路21〜25の長さは、
上述の長さLに設定されているため、ダブルモード導波
路21〜25に位相が対称な光が入射した場合には、分
岐部201〜205に達した伝搬光の電界強度分布は、
導波路の幅方向に対称になり、分岐部201〜205で
2方向に分岐される光の強度は等しくなる。また、ダブ
ルモード導波路21〜25に位相が非対称な光が入射し
た場合には、分岐部201〜205に達した伝搬光の電
界強度分布は、入射光の非対称性に対応した非対称性を
有し、分岐部201〜205で2方向に分岐される光の
強度に差が生じる。その強度差は、入射光の非対称性に
対応している。The length of the double mode waveguides 21 to 25 is
Since the length L is set as described above, when light having a phase symmetrical incidence on the double mode waveguides 21 to 25, the electric field intensity distribution of the propagation light reaching the branch portions 201 to 205 is:
It becomes symmetrical in the width direction of the waveguide, and the intensities of the light branched in two directions at the branch portions 201 to 205 become equal. When light having an asymmetric phase is incident on the double mode waveguides 21 to 25, the electric field intensity distribution of the propagation light reaching the branch portions 201 to 205 has an asymmetry corresponding to the asymmetry of the incident light. Then, a difference occurs in the intensity of light branched in two directions by the branch portions 201 to 205. The intensity difference corresponds to the asymmetry of the incident light.
【0033】よって、分岐部201〜205においてそ
れぞれのダブルモード導波路21〜25を伝搬してきた
光を2方向に分岐して、導波路26〜35により伝搬
し、光強度を光検出器41〜50により検出し、その差
を差動増幅器51〜55により求めることにより、入射
端面からの反射光の焦点の位置ずれに応じた出力を得る
ことができる。Therefore, the light propagating through the respective double mode waveguides 21 to 25 at the branching portions 201 to 205 is branched in two directions, propagated by the waveguides 26 to 35, and the light intensity is detected by the photodetectors 41 to 41. By detecting the difference with the differential amplifier 50 and obtaining the difference with the differential amplifiers 51 to 55, it is possible to obtain an output corresponding to the displacement of the focal point of the reflected light from the incident end face.
【0034】具体的には、差動増幅器51〜55の出力
は、各ダブルモード導波路21〜25のそれぞれの入射
端面における、反射光の焦点からのずれ量に対して図6
のようなS字型の曲線を描く。Specifically, the outputs of the differential amplifiers 51 to 55 are different from the shift amounts of the reflected light from the focal points at the respective incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25 in FIG.
Draw an S-shaped curve like.
【0035】このとき、ダブルモード導波路21〜25
のそれぞれの入射端に達する反射光には、ハーフミラー
11〜15の間隔の光路長ずつの光路長差があるため、
それぞれの入射端における反射光の焦点からのずれ量に
もそれぞれずれが生じる。よって、差動増幅器51〜5
5から出力される出力61〜65は、被検物体5の対物
レンズ4の焦点からのずれ量に対して、図4のようにS
字曲線が少しずつずれた形状になる。At this time, the double mode waveguides 21 to 25
There is an optical path length difference between the half mirrors 11 to 15 in the reflected light reaching the respective incident ends of
The amount of deviation of the reflected light from the focal point at each incident end also varies. Therefore, the differential amplifiers 51 to 5
Outputs 61 to 65 output from the object 5 correspond to deviation amounts of the object 5 from the focal point of the objective lens 4 as shown in FIG.
The shape becomes slightly shifted.
【0036】よって、図4のように、S字曲線の直線部
分が、隣り合うS字曲線の直線部分と少しずつ重なり合
うように、各ダブルモード導波路21〜25の入射端面
に達するまでの反射光の光路長差を設定しておくことに
より、被検物体5の変位量が大きい場合にも、差動増幅
器51〜55のいずれかのフォーカスエラー信号のS字
曲線の直線領域で検出できる。よって、本実施の形態の
焦点検出装置では、1本のダブルモード導波路を用いた
焦点検出範囲よりも広い範囲で被検物体の変位を検出す
ることができる。Therefore, as shown in FIG. 4, the reflection until reaching the incident end face of each of the double-mode waveguides 21 to 25 so that the linear portion of the S-shaped curve slightly overlaps with the linear portion of the adjacent S-shaped curve. By setting the optical path length difference of light, even when the displacement amount of the test object 5 is large, it can be detected in the linear region of the S-shaped curve of any one of the focus error signals of the differential amplifiers 51 to 55. Therefore, the focus detection device of the present embodiment can detect the displacement of the test object in a wider range than the focus detection range using one double mode waveguide.
【0037】なお、差動増幅器51〜55の出力するS
字曲線の直線部分が少しずつ重なり合うようにするため
には、図4のように一つのS字曲線の直線領域の範囲を
Sとし、隣り合うS字曲線の間隔をΔdとした場合、Δ
d<Sである必要がある。ここで、Δdは、ダブルモー
ド導波路21〜25の入射端に達するまでの反射光の光
路長差Δlを、対物レンズ4およびコリメータレンズ3
からなる光学系の倍率αの2乗で除したもので表され
る。また、Sは、ダブルモード導波路21〜25の形状
および光軸のずれ量によって定まるため、予め実験等に
よって求めておく。これにより、Δd<Sを満たすよう
に、対物レンズ4およびコリメータレンズ3の倍率を考
慮して反射光の光路長差Δlを定めることができる。こ
の光路長差Δlを満たすように、ハーフミラーアレイ1
0のハーフミラー11〜15の間隔を、ガラスの薄板2
61〜266の屈折率を考慮して定める。このハーフミ
ラー11〜15の間隔と等しい間隔に、ダブルモード導
波路21〜25の入射端面の間隔を定める。これによ
り、差動増幅器51〜55の出力するS字曲線の直線部
分を少しずつ重ねた形状のフォーカスエラー信号を得る
ことができる(図4)。Note that S output from the differential amplifiers 51 to 55
In order to make the straight line portions of the S-shaped curve overlap little by little, as shown in FIG. 4, when the range of the straight-line region of one S-shaped curve is S and the interval between adjacent S-shaped curves is Δd,
d <S must be satisfied. Here, Δd is the difference between the optical path length Δl of the reflected light until reaching the incident ends of the double mode waveguides 21 to 25, and the objective lens 4 and the collimator lens 3
Divided by the square of the magnification α of the optical system consisting of Further, S is determined in advance by experiments or the like because it is determined by the shapes of the double mode waveguides 21 to 25 and the shift amount of the optical axis. Thus, the optical path length difference Δl of the reflected light can be determined in consideration of the magnification of the objective lens 4 and the collimator lens 3 so as to satisfy Δd <S. The half mirror array 1 is arranged so as to satisfy the optical path length difference Δl.
The distance between the half mirrors 11 to 15 is 0
It is determined in consideration of the refractive index of 61 to 266. The distance between the incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25 is determined to be equal to the distance between the half mirrors 11 to 15. Thereby, it is possible to obtain a focus error signal in which the linear portions of the S-curve output from the differential amplifiers 51 to 55 are overlapped little by little (FIG. 4).
【0038】よって、本実施の形態の焦点検出装置で
は、5本のダブルモード導波路21〜25の検出範囲の
いずれかに、被検物体5の焦点ずれ量が入っていれば、
そのダブルモード導波路に接続された差動増幅器の出力
から焦点ずれ量を検出できる。これにより、広い検出範
囲の焦点検出装置を提供できる。Therefore, in the focus detection device of the present embodiment, if any of the detection ranges of the five double mode waveguides 21 to 25 includes the defocus amount of the test object 5,
The amount of defocus can be detected from the output of the differential amplifier connected to the double mode waveguide. Thus, a focus detection device having a wide detection range can be provided.
【0039】なお、被検物体5の焦点ずれ量が検出範囲
にあるダブルモード導波路の差動増幅器の出力を選択す
るために、以下のような回路を備えることができる。す
なわち、図1のように、光検出器41、42の出力の和
を求める加算器301、光検出器43、44の出力の和
を求める加算器302、光検出器45、46の出力の和
を求める加算器303、光検出器47、48の出力の和
を求める加算器304、光検出器49、50の出力の和
を求める加算器305を配置しておく。これらのうち、
もっとも出力が大きい加算器が接続されているダブルモ
ード導波路が、そのときの被検物体の焦点ずれ量が検出
範囲にあるダブルモード導波路である。よって、加算器
301〜305を接続した選択回路306によって、も
っとも大きな加算器を選択させることにより、ユーザ
は、選択した加算器に接続されているダブルモード導波
路の差動増幅器の出力を選択的に用いることができる。
これにより、被検物体が検出範囲にあるダブルモード導
波路の差動増幅器を迷うことなく選択して、被検物体5
の焦点ずれ量を検出できる。In order to select the output of the differential amplifier of the double mode waveguide in which the amount of defocus of the test object 5 is within the detection range, the following circuit can be provided. That is, as shown in FIG. 1, an adder 301 for obtaining the sum of the outputs of the photodetectors 41 and 42, an adder 302 for obtaining the sum of the outputs of the photodetectors 43 and 44, and the sum of the outputs of the photodetectors 45 and 46. , An adder 304 for calculating the sum of the outputs of the photodetectors 47 and 48, and an adder 305 for calculating the sum of the outputs of the photodetectors 49 and 50. Of these,
The double mode waveguide to which the adder having the largest output is connected is the double mode waveguide in which the defocus amount of the test object at that time is within the detection range. Therefore, the selection circuit 306 connecting the adders 301 to 305 selects the largest adder, so that the user can selectively select the output of the differential amplifier of the double mode waveguide connected to the selected adder. Can be used.
As a result, the test object selects the double-mode waveguide differential amplifier in the detection range without any hesitation, and the test object 5
Can be detected.
【0040】なお、ダブルモード導波路21〜25の入
射端面に到達する反射光は、ハーフミラー11〜15を
通過する度にその光量が減少する。このため、光検出器
41、42の出力に比べ、光検出器49〜50の出力が
低くなるため、図4のように、ピークレベルの等しい5
つのS字曲線を得るために、差動増幅器51〜55の増
幅率を調節し、ピークの出力レベルが同じになるよう
に、予め設定しておく。The amount of reflected light that reaches the incident end faces of the double mode waveguides 21 to 25 decreases every time it passes through the half mirrors 11 to 15. For this reason, since the outputs of the photodetectors 49 to 50 are lower than the outputs of the photodetectors 41 and 42, as shown in FIG.
In order to obtain two S-shaped curves, the amplification factors of the differential amplifiers 51 to 55 are adjusted and preset so that the peak output levels become the same.
【0041】このように、本実施の形態の焦点検出装置
では、被検物体5が対物レンズ4の焦点位置からずれた
ときの反射光を、複数のダブルモードで検出するため、
焦点のずれ量に応じていずれかのダブルモード導波路で
フォーカスエラー信号を得ることができるため、広範囲
にわたって焦点ずれを検出することができる。また、一
つ一つのダブルモード導波路で得られるフォーカスエラ
ー信号の傾斜は、1つのダブルモード導波路を用いた焦
点検出装置と同レベルであるため、検出精度を維持した
まま、検出範囲を広げることができる。As described above, in the focus detection device of the present embodiment, the reflected light when the test object 5 deviates from the focal position of the objective lens 4 is detected in a plurality of double modes.
Since a focus error signal can be obtained in any of the double mode waveguides according to the amount of defocus, it is possible to detect defocus over a wide range. Further, the inclination of the focus error signal obtained by each double mode waveguide is the same as that of the focus detection device using one double mode waveguide, so that the detection range is expanded while maintaining the detection accuracy. be able to.
【0042】なお、本実施の形態ではダブルモード導波
路が5個のアレイで説明を行ったが、さらにダブルモー
ド導波路の数を増やすことによってより大きなデフォー
カス量の検出が可能であることは言うまでもない。この
場合、ダブルモード導波路の数に応じたハーフミラー面
を有するハーフミラーアレイが必要になるが、本実施の
形態では、ガラスと多層膜の積層体を切断することによ
りハーフミラーアレイを製造しているため、積層数を増
やすことにより容易にハーフミラー面の多いハーフミラ
ーアレイを製造することができる。また、通常、図4の
ように隣りあうS字曲線の直線部分を少しずつ重ねるた
めには、ハーフミラー11〜15の間隔を数十μm程度
の微小な間隔にする必要があるが、本実施の形態ではガ
ラスと多層膜の積層体を切断することによりハーフミラ
ーアレイを製造しているため、ハーフミラー11〜15
の間隔をガラスの薄板の厚さで設定することができる。
よって、数十μm程度の微小な間隔のハーフミラー11
〜15を容易に製造することができる。Although the present embodiment has been described with an array having five double mode waveguides, it is possible to detect a larger defocus amount by further increasing the number of double mode waveguides. Needless to say. In this case, a half mirror array having half mirror surfaces corresponding to the number of double mode waveguides is required. In the present embodiment, a half mirror array is manufactured by cutting a laminate of glass and a multilayer film. Therefore, a half mirror array having many half mirror surfaces can be easily manufactured by increasing the number of layers. Usually, in order to overlap the linear portions of the adjacent S-shaped curves little by little as shown in FIG. 4, it is necessary to set the interval between the half mirrors 11 to 15 to a minute interval of about several tens μm. In the embodiment, since the half mirror array is manufactured by cutting the laminated body of the glass and the multilayer film, the half mirrors 11 to 15 are manufactured.
Can be set by the thickness of the thin glass plate.
Therefore, the half mirror 11 with a minute interval of about several tens μm
To 15 can be easily manufactured.
【0043】なお、上述してきた焦点検出装置は、被検
物体5の対物レンズ4の焦点位置からのずれ量を検出す
ることができるため、被検物体5が対物レンズ4の焦点
位置にあるかどうかを検出する焦点検出装置のほかに、
被検物体5の変位量を検出する変位検出手段として用い
ることができる。Since the above-described focus detection device can detect the amount of deviation of the object 5 from the focal position of the objective lens 4, it is necessary to check whether the object 5 is at the focal position of the objective lens 4. In addition to the focus detection device that detects whether
It can be used as displacement detection means for detecting the displacement amount of the test object 5.
【0044】[0044]
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、ダブル
モード導波路を用いた焦点検出装置であって、焦点検出
範囲の広い装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a focus detection device using a double mode waveguide and having a wide focus detection range.
【図1】本発明による一実施の形態の焦点検出装置の構
成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a focus detection device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の焦点検出装置において、被検物体5が変
位した場合の光路を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing an optical path when a test object 5 is displaced in the focus detection device of FIG.
【図3】図1の焦点検出装置において、被検物体5が変
位した場合の光路を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing an optical path when a test object 5 is displaced in the focus detection device of FIG. 1;
【図4】図1の焦点検出装置のフォーカスエラー信号を
示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a focus error signal of the focus detection device of FIG.
【図5】従来例による焦点検出装置の構成を示すブロッ
ク図。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a focus detection device according to a conventional example.
【図6】図1の焦点検出装置において、1つの差動増幅
器からの出力の形状を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the shape of the output from one differential amplifier in the focus detection device of FIG. 1;
【図7】図1の焦点検出装置のハーフミラーアレイの製
造工程を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory view showing a manufacturing process of the half mirror array of the focus detection device in FIG. 1;
1・・・光源、2・・・ハーフミラー、3・・・コリメ
ートレンズ、4・・・対物レンズ、5・・・被検物体、
10・・・ハーフミラーアレイ、11、12、13、1
4、15・・・ハーフミラー、20・・・基板、21、
22、23、24、25・・・ダブルモード導波路、2
6、27、28、29、30、31、32、33、3
4、35・・・導波路、41、42、43、44、4
5、46、47、48、49、50・・・光検出器、5
1、52、53、54、55・・・差動増幅器、20
1、202、203、204、205・・・分岐部、3
01、302、303、304、305・・・加算器、
306・・・選択回路。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Half mirror, 3 ... Collimating lens, 4 ... Objective lens, 5 ... Object to be examined,
10: half mirror array, 11, 12, 13, 1
4, 15: half mirror, 20: substrate, 21,
22, 23, 24, 25 ... double mode waveguide, 2
6, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 3
4, 35 ... waveguide, 41, 42, 43, 44, 4
5, 46, 47, 48, 49, 50 ... photodetector, 5
1, 52, 53, 54, 55 ... differential amplifier, 20
1, 202, 203, 204, 205 ... branch part, 3
01, 302, 303, 304, 305...
306 ... Selection circuit.
Claims (4)
物体に照射する集光光学系と、前記被検物体からの反射
光を入射端面から入射させて伝搬するための複数のダブ
ルモード導波路と、前記ダブルモード導波路を伝搬して
きた光の電界分布の偏りを検出するための検出手段とを
有し、 前記被検物体と前記複数のダブルモード導波路との間に
は、前記被検物体からの反射光を、前記ダブルモード導
波路の数の光束に分割し、それぞれを、前記複数のダブ
ルモード導波路の入射端面に導く分割手段が配置され、 前記複数のダブルモード導波路は、それぞれ、入射端面
の中心が、前記分割手段によって導かれた光束の光軸か
らずれた位置に配置されていることを特徴とする焦点検
出装置。1. A light source, a condensing optical system for condensing light from the light source and irradiating the object with a light, and a plurality of light sources for reflecting light from the object to be incident on an incident end face and propagating the light. A double mode waveguide, and a detecting means for detecting the bias of the electric field distribution of the light propagated through the double mode waveguide, between the test object and the plurality of double mode waveguides A dividing unit that divides the reflected light from the test object into luminous fluxes corresponding to the number of the double mode waveguides and guides each of the luminous fluxes to the incident end face of the plurality of double mode waveguides; A focus detection device, wherein each of the mode waveguides is arranged such that the center of the incident end face is shifted from the optical axis of the light beam guided by the splitting means.
ド導波路は、同一基板上に形成され、 前記ダブルモード導波路の入射端面は、前記基板の側面
に並べて配置され、 前記分割手段は、複数のハーフミラー面を有するハーフ
ミラーアレイであり、 前記ハーフミラーアレイは、前記基板の前記側面に配置
されていることを特徴とする焦点検出装置。2. The double mode waveguide according to claim 1, wherein the plurality of double mode waveguides are formed on the same substrate, and the incident end faces of the double mode waveguide are arranged side by side on the substrate. A focus detection device, comprising: a half mirror array having a plurality of half mirror surfaces, wherein the half mirror array is disposed on the side surface of the substrate.
複数のダブルモード導波路を伝搬してきた光をそれぞれ
2方向に分岐するための分岐部と、前記分岐された2つ
の光の強度を検出するための光検出器と、前記光検出器
の検出した前記2つの光の強度の差を求める減算手段と
を有することを特徴とする焦点検出装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein said detecting means comprises: a branch portion for branching the light propagating through said plurality of double mode waveguides in two directions, respectively; A focus detection device comprising: a photodetector for detection; and subtraction means for calculating a difference between the intensities of the two lights detected by the photodetector.
物体に照射する集光光学系と、前記被検物体からの反射
光を入射端面から入射させて伝搬するため1本のダブル
モード導波路と、前記ダブルモード導波路を伝搬してき
た光の電界分布の偏りを検出するための検出手段とを備
えた焦点検出装置を複数有し、 前記複数の焦点検出手段のダブルモード導波路は、共通
の基板上に形成され、 前記光源および前記集光光学系は、前記複数の焦点検出
装置に共通に一組のみ配置され、 前記被検物体と前記基板の間には、前記被検物体からの
反射光を、前記ダブルモード導波路の数の光束に分割
し、それぞれを、前記複数のダブルモード導波路の入射
端面に導く分割手段が配置され、 前記分割手段の分割した複数の光束の光路長の差は、前
記複数の焦点検出装置の検出手段の検出範囲が一部重な
るように、予め定めた光路長差に設定されていることを
特徴とする焦点検出装置。4. A light source, a condensing optical system for condensing light from the light source and irradiating the object with light, and a light condensing optical system for causing reflected light from the object to enter and propagate from an incident end face A plurality of focus detection devices each including: a double mode waveguide; and a detection unit configured to detect a bias of an electric field distribution of light propagating through the double mode waveguide. The waveguide is formed on a common substrate, and the light source and the condensing optical system are disposed only in a single set in common to the plurality of focus detection devices, and between the test object and the substrate, Dividing means for dividing the reflected light from the test object into light fluxes of the number of the double mode waveguides, and guiding each of the light fluxes to the incident end faces of the plurality of double mode waveguides, is provided. The difference between the optical path lengths of the light beams A focus detection device, wherein a predetermined optical path length difference is set so that a detection range of a detection unit of the focus detection device partially overlaps.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8290288A JPH10133096A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Focus detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8290288A JPH10133096A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Focus detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10133096A true JPH10133096A (en) | 1998-05-22 |
Family
ID=17754210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8290288A Pending JPH10133096A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Focus detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10133096A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007156340A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Nec Viewtechnology Ltd | Projection-type display apparatus |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP8290288A patent/JPH10133096A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007156340A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Nec Viewtechnology Ltd | Projection-type display apparatus |
US7821600B2 (en) | 2005-12-08 | 2010-10-26 | Nec Viewtechnology, Ltd. | Projection display apparatus |
JP4572165B2 (en) * | 2005-12-08 | 2010-10-27 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | Projection display |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7293463B2 (en) | Acoustoelectric conversion device | |
JPH04219657A (en) | Magneto-optical information recording and reproducing device and mode splitter | |
US6650401B2 (en) | Optical distance sensor | |
JP2003202205A5 (en) | ||
JPH07105327B2 (en) | Surface position detector | |
JP2765793B2 (en) | Mode separation element and pickup for magneto-optical disk | |
JPH06235833A (en) | Light waveguide | |
JP4330560B2 (en) | Optical demultiplexer and wavelength division multiplexing optical transmission module | |
JPH10133096A (en) | Focus detector | |
JPH0721581A (en) | Optical pickup | |
JPH08320219A (en) | Inclination and distance measuring apparatus | |
JPH1027358A (en) | Focus detecting device using optical waveguide | |
JPH03278009A (en) | Optical waveguide device and microdisplacement detector utilizing the same | |
JPH06265329A (en) | Inclination detector for plane board | |
JPH0246536A (en) | Optical pickup device | |
JP2000241114A (en) | Surface shape-measuring device | |
JPS58106526A (en) | Optical branching circuit | |
JP3545794B2 (en) | Waveguide type optical signal detector | |
JPH1184251A (en) | Optical waveguide type displacement detector | |
JPH1027376A (en) | Optical information detection device | |
JPH11211416A (en) | Displacement measuring device | |
JPH095047A (en) | Mode interference type laser scanning microscope | |
JPH08247714A (en) | Displacement measuring instrument | |
JPH10132513A (en) | Optical waveguide type displacement detecting device | |
JPH06213619A (en) | Interferometer |