JPH0773500A

JPH0773500A - 導波路及びそれを用いた焦点検出装置または段差測定装置

Info

Publication number: JPH0773500A
Application number: JP5167665A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Doi; 正明土肥; Jun Iwasaki; 純岩▲崎▼; Takashi Shionoya; 孝塩野谷; Yasushi Oki; 裕史大木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1993-07-07
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】焦点のずれを正確に検出する。【構成】導波路は、「往路」の光に対しては「往路」
の光をシングルモードで伝搬するシングルモード導波路
５と、「復路」の光に対しては「復路」の光をダブルモ
ードで伝搬するダブルモード導波路７とからなり、シン
グルモード導波路５の中心とダブルモード導波路７の中
心とが少なくとも一方の端面でずれている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導波路とそれを用いた
焦点検出装置または段差測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の分野で導波路が注目されて
いる。その理由は導波路を用いることにより光学系の小
型、軽量化を図ることが可能になり、また、光軸の調整
が不要になるという利点を有しているからである。導波
路は、導波路（コア部）と基板（クラッド部）との屈折
率の差、導波路の幅または屈折率分布によって、０次モ
ードの光だけが励振されるシングルモード導波路と、０
次と１次の２つのモードが励振されるダブルモード導波
路と、０次、１次及び２次以上の３つ以上のモードが励
振されるマルチモード導波路とに分類される。

【０００３】このような導波路において、ダブルモード
導波路を用いて被検物体（被検面）の状態を光学的に測
定する構成を発明者等が提案している（Ｈ．Ｏｏｋｉ
ａｎｄＪ．Ｉｗａｓａｋｉ，ＯｐｔｉｃｓＣｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ８５（１９９１）１７７）。
ダブルモード導波路にレーザ光を入射すると、導波路に
入射するレーザ光の振幅分布に応じて導波路内に０次モ
ードと１次モードとが励振される。この２つのモードは
導波路内で干渉する。そのため、導波路内の光強度分布
に非対称性が生じる。従って、ダブルモード導波路の長
さをあらかじめ最適な寸法に設定し、そのあとに分岐導
波路を接続すると、ダブルモード領域における光強度分
布の非対称性は、分岐した２つの導波路からの出射光量
の差を検出することによって調べることができる。

【０００４】ここで、導波路内の光強度分布の非対称性
をもたらすものとして、２つの要素が考えられる。ひと
つは入射レーザ光の強度分布に非対称性がある場合であ
り、もうひとつは入射レーザ光の位相分布に非対称性が
ある場合である。ダブルモード領域の長さを適当に選べ
ば、いずれの場合の非対称性も効率良く検出できる。強
度分布の非対称性は、被検面の光の反射率の分布等を観
察することができ、位相分布の非対称性は被検面の傾
斜、段差または高さの分布を観察することができる。

【０００５】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（ピント
ずれ）を光ファイバを用いて検出するような焦点検出装
置が提案されている（Ｒ．Ｊｕｓｋａｉｔｉｓａｎｄ
Ｔ．Ｗｉｌｓｏｎ，ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ
３１（１９９２）４５６９）。これは、ダブルモード
のファイバの端面の中心とレーザスポットの入射位置と
をずらす構成である。このときレーザスポットがピント
（焦点）ずれを起こしていれば、ファイバへ入射する光
の等位相面に傾きが生じる。この傾きによって生じる位
相分布の非対称性を検出することによってピントずれを
検出（焦点検出）することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような焦点検出
装置では焦点のずれを正確に検出することができないと
いう問題点があった。上記問題点を鑑みて、本発明は焦
点のずれを正確に検出可能な焦点検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、鋭意研究の
結果、光源とフアィバが別々に配置されるためフアィバ
に入射する光の位置合わせが難しいことに気が付いた。
さらに、ファイバを用いているため、上記のような「ダ
ブルモード領域の長さを適当な長さに選ぶ」ということ
ができないことに気が付いた。この２つの原因のため、
精度のよい測定ができないことに気が付いた。

【０００８】そこで、発明者らは導波路を用いることを
考えた。発明者らは、最初に図１０のような構成の導波
路を用いて装置を試作した。これは、光出射用の導波路
７１と受光用の導波路７２とを同一の基板に作成し、光
の出射位置と受光位置との位置合わせが簡単に精度よく
できる構成である。また、導波路を用いているため、周
知の半導体製造技術を用いることにより、「ダブルモー
ド領域の長さを適当な長さに選ぶ」ことが精度よくでき
る。

【０００９】この装置では、導波路７１から出射された
光が被検面で反射して導波路７２に入射するように、反
射光を導くための入射手段が必要になる。正確に導波路
へ反射光が入射するように入射手段、導波路、被検面等
を配置させることは難しい。また、このような入射手段
が配置されるため、装置が大きくなる。従って、反射光
を導波路へ入射する際の位置合わせが不要になり、この
ような入射手段がいらない導波路を考えた。

【００１０】発明者らは、光の偏光方向によってシング
ルモード導波路となったり、ダブルモード導波路となっ
たりする構成の導波路を用いることにより、被検面から
の反射光を導波路へ入射する際の位置合わせが不要にな
る構成を見い出した。即ち、本発明は第１に『「往路」
の光に対しては前記「往路」の光をシングルモードで伝
搬するシングルモード導波路と、「復路」の光に対して
は前記「復路」の光をダブルモードで伝搬するダブルモ
ード導波路とからなり、前記シングルモード導波路の中
心と前記ダブルモード導波路の中心とが少なくとも一方
の端面でずれていることを特徴とする導波路（請求項
１）』を提供する。

【００１１】第２に『基板上に形成され、常光線及び異
常光線に対して前記基板よりも屈折率が大きい第１コア
部と、前記基板上に形成され、異常光線のみに対して前
記基板よりも屈折率が大きい第２コア部とからなり、前
記第１コア部は前記常光線に対しては前記常光線をシン
グルモードで伝搬するシングルモード導波路を構成し、
前記第１コア部と前記第２コア部とを合わせた領域は前
記異常光線に対しては前記異常光線をダブルモードで伝
搬するダブルモード導波路を構成し、前記シングルモー
ド導波路の中心と前記ダブルモード導波路の中心とが少
なくとも一方の端面でずれていることを特徴とする導波
路（請求項２）』を提供する。

【００１２】第３に『請求項１または２記載の導波路で
あって、前記ダブルモード導波路に電界を印加するため
の電極を備えたことを特徴とする請求項１または２記載
の導波路（請求項３）』を提供する。第４に『請求項１
または３記載の導波路であって、前記「往路」の光を前
記シングルモード導波路へ誘導するための誘導用シング
ルモード導波路と、前記ダブルモード導波路内の前記
「復路」の光の光強度分布を分配するための少なくとも
２つの分配用シングルモード導波路を設けたことを特徴
とする請求項１または３記載の導波路（請求項４）』を
提供する。

【００１３】第５に『請求項２または３記載の導波路で
あって、前記常光線を前記シングルモード導波路へ誘導
するための誘導用シングルモード導波路と、前記ダブル
モード導波路内の前記異常光線の光強度分布を分配する
ための少なくとも２つの分配用シングルモード導波路を
設けたことを特徴とする請求項２または３記載の導波路
（請求項５）』を提供する。

【００１４】第６に『導波路と、前記導波路と被検面と
の間に配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光
の偏光方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路
から出射された前記光を前記被検面上に集光する第１の
集光手段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路
に集光する第２の集光手段と、前記導波路内の前記反射
光の光強度分布を検出する少なくとも２つの検出器と、
前記検出器の信号から前記被検面に集光される前記光の
焦点のずれを検出する検出手段とからなる焦点検出装置
において、前記導波路は請求項１または２または３また
は４または５記載の導波路であることを特徴とする焦点
検出装置（請求項６）』を提供する。

【００１５】さらに、この焦点検出装置を応用して被検
面の段差測定をすることができることに気が付いた。そ
こで、第７に『導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第１の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第２の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも２つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面の段差を測定する段差測定装
置において、前記導波路は請求項１または２または３ま
たは４または５記載の導波路であることを特徴とする段
差測定装置（請求項７）』を提供する。

【００１６】

【作用】本発明では、光の偏光方向によってシングルモ
ード導波路となったりダブルモード導波路となったりす
る構成の導波路を用いることにより、反射光の導波路へ
の入射の位置合わせが不要になり、被検面からの反射光
を精度よく導波路へ入射することが可能になる。

【００１７】また、周知の半導体製造技術を用いること
によって、ダブルモード領域を簡単に、かつ正確に製造
することができるので、精度のよい測定ができる。さら
に、電気光学効果を有する基板を用いた場合、導波路に
電界を印加することにより、導波路の完全結合長を変化
させて、所望の完全結合長に合わせることができる。

【００１８】完全結合長とは、ダブルモード領域を伝搬
する０次モードと１次モードの光の位相差がπとなる長
さで、最小の長さのことである。ダブルモード領域の長
さは、一般にダブルモード導波路の長さで決めることが
できるが、ダブルモード導波路にシングルモード分岐導
波路（分配用シングルモード導波路）を接続した場合
（例えば２つのシングルモード導波路をＹ分岐にして接
続する。）、シングルモード導波路の分岐の角度が小さ
いと、このシングルモード導波路が互いに光結合をおこ
す領域（結合領域）ができる。これは、導波路を伝搬し
ている光がクラッド（基板）にしみだすため、接近して
いる導波路間では、光の結合が生じるからである。この
結合領域では、偶モード及び奇モードが存在する。この
２つのモードは、ダブルモード導波路の０次モード、１
次モードに対応する。この結合領域では偶モード、奇モ
ードの間の干渉により、２本のシングルモード導波路間
で光パワーの移行が生じる。このことは、ダブルモード
導波路の０次モードと１次モードの干渉と同様に考える
ことができる。従って、このような場合は、ダブルモー
ド領域の長さは、ダブルモード導波路の長さと分岐導波
路が光結合をおこして２つのモードで伝搬している長さ
とをたした長さとなる。

【００１９】また、このダブルモード領域の長さＬは、
完全結合長をＬ_cとして、物体の位相分布を観察すると
きは式（１）のようにし、Ｌ＝Ｌ_c（２ｍ＋１）／２（ｍ＝０，１，２，・・・）・・・（１）同様に物体の強度分布を観察するときは式（２）のよう
に、Ｌ＝ｍＬ_c （ｍ＝１，２，・・・）・・・（２）とすればよい。従って、ダブルモード領域の長さが所望
の長さに完全に合っていないときは、完全結合長の長さ
を変化させることによって合わせることができる。これ
らのことは特開平４−２０８９１３号公報に詳細に記載
されている。

【００２０】また、ダブルモード導波路と分岐の角度の
小さいＹ分岐のシングルモード導波路（分配用シングル
モード導波路）とをつなぐと検出信号のコントラストが
よくなり、ダブルモード領域の光強度分布の非対称性を
精度よく検出することができる。これは、ダブルモード
導波路内では０次モードと１次モードとが干渉すると
き、それぞれの電界分布のピーク（山）の位置が導波路
の幅方向に異なるので干渉がよく起こらないのに対し
て、上記のようにシングルモード導波路が互いに光結合
を起こしている領域では、偶モード（０次モード）と奇
モード（１次モード）の電界分布のピーク（山）の位置
を合わせることができるため干渉が効率よく起こるから
である。そのため、ダブルモード導波路と分岐の角度の
小さいＹ分岐のシングルモード導波路（分配用シングル
モード導波路）とを接続することが好ましい。

【００２１】本発明では、所定の金属の熱拡散法とプロ
トン交換法またはＬｉ₂Ｏ外拡散法とを組み合わせて、
光の偏光方向によってシングルモード導波路になった
り、ダブルモード導波路になったりする導波路を構成し
た。上記の各方法の内、熱拡散法では、常光線と異常光
線とに対して基板よりも屈折率が大きいコア部（第１コ
ア部）を形成することができ、プロトン交換法とＬｉ₂
Ｏ外拡散法では異常光線のみに対して基板よりも屈折率
が高いコア部（第２コア部）を形成することができる。
この熱拡散に用いられる金属としては、ニオブ酸リチウ
ム基板ではＴｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ等の遷移金属がよく用
いられる。また、タンタル酸リチウム基板ではＣｕ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ等の遷移金属がよく用いられる。これらのこと
は、特願平４−２６２７２５号の明細書及び図面で詳細
に記載されている。

【００２２】上記の導波路に１／４波長板を組み合わせ
ることにより、「往路」の光の偏光方向と「復路」の反
射光の偏光方向とが直交することになる。本発明で「往
路」とは光源からの光が被検物体（被検面）へ伝搬して
いく方向を示し、「復路」とは被検物体からの反射光が
光検出器へ伝搬していく方向を示す。

【００２３】本発明によれば、精度よく正確に焦点のず
れを検出可能な焦点検出装置を得ることができる。さら
に、この焦点検出装置を応用して被検面の段差測定をす
ることも可能である。以下、実施例により本発明をより
具体的に説明するが、本発明はこれに限るものではな
い。

【００２４】

【実施例】図１及び図２は本発明の第１の実施例による
導波路の概略構成図である。以下、図１及び図２を用い
て導波路の作製方法を説明する。この作製法は、特願平
４−２６２７２５号の明細書及び図面で詳細に記載され
ている。ここで、領域２ａとはシングルモード導波路２
を、領域３ａとはシングルモード導波路３を、領域４ａ
とはシングルモード導波路４を、領域５ａとはシングル
モード導波路５を、領域６ａ，６ｂ，５ａとはダブルモ
ード導波路７を作製する領域である。

【００２５】ニオブ酸リチウム基板１０に周知のＴｉの
熱拡散法を用いて領域５ａ及び領域２ａに第１コア部を
作製する。この領域２ａ、５ａは、シングルモード導波
路２（誘導用シングルモード導波路）及び５となる。シ
ングルモード導波路５は、シングルモード導波路２（誘
導用シングルモード導波路）から、領域３ａ側に滑らか
に曲がった後（領域４ａ側に曲がっていてもよい。）、
直線導波路となるように作製される。

【００２６】この後、図１で示される導波路は、シング
ルモード導波路５の両側の領域６ａ、６ｂと領域３ａ、
４ａにプロトン交換後アニールを行ない（プロトン交換
法）、第２コア部を作製する（図１のＡ−Ａで切った導
波路の断面図を図３に示す）。この領域３ａ、４ａは、
シングルモード導波路３及び４（分配用シングルモード
導波路）となる。また、第１コア部と第２コア部を合わ
せた領域（領域５ａ，６ａ，６ｂ）はダブルモード導波
路７となる。また、図３ではＴｉ拡散領域とプロトン交
換領域の重なりを示したが図１ではこの領域を示すこと
を省略した。

【００２７】また、図２では、領域３ａ、４ａ、５ａ、
６ａ、６ｂにプロトン交換後アニールを行い（プロトン
交換法）、第２コア部を作製する（図２のＢ−Ｂで切っ
た断面図を図４に示す）。この領域３ａ、４ａは、シン
グルモード導波路３及び４（分配用シングルモード導波
路）となる。また、第１コア部と第２コア部を合わせた
領域（領域５ａ，６ａ，６ｂ）はダブルモード導波路７
となる。

【００２８】Ｔｉの熱拡散では常光線に対する屈折率と
異常光線に対する屈折率の両方が増大するが、プロトン
交換では異常光線に対する屈折率のみが増大する。従っ
て、このようにして作製した導波路は特願平４−２６２
７２５号の明細書及び図面で提案されているように、プ
ロトン交換とアニールの条件を適当に選ぶことによっ
て、常光線の導波光に対してはシングルモード導波路５
となり、異常光線の導波光に対しては導波路５と領域６
ａ、６ｂとをあわせたダブルモード導波路７となる。

【００２９】図５は、本発明の第２の実施例による焦点
検出装置を光ディスク等のフォーカスエラー信号検出に
用いたものである。第２の実施例では第１の実施例で用
いられた導波路を用いる。また、第１の実施例と同様な
ものは同じ符号を用いて詳しい説明を省略する。図５で
は、ＸカットＹ伝搬のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）基板１０を用いている。

【００３０】焦点検出では、被検面の傾斜の分布によっ
て焦点がずれることを観察する。そのため、ダブルモー
ド領域の長さは、ダブルモード領域の長さを位相分布の
非対称性を測定できるような長さにする。この長さは式
（１）で求まる。導波路内を光が伝搬するとき、半導体
レーザ１を出た光が常光線、これと直交する偏光方向の
光が異常光線となるようにレーザ光源１とニオブ酸リチ
ウム基板１０とを配置する。レーザ光はシングルモード
導波路２（誘導用シングルモード導波路）および５を経
て端面９から出射される。出射したレーザ光はコリメー
タレンズ１１で平行光となった後、１／４波長板１２を
透過し、対物レンズ１３で光ディスク（被検面）１４に
集光される（第１の集光手段）。光ディスク（被検面）
１４上で反射したレーザ光（「復路」の光）は、再び対
物レンズ１３、１／４波長板１２を透過して「往路」の
光の偏光方向と直交する偏光方向に変換され、コリメー
タレンズ１１で端面９に集光される。光ディスク（被検
面）１４で反射した光（「復路」の光）はニオブ酸リチ
ウム基板１０に対して異常光線となるので、ダブルモー
ド導波路７を経て、分岐８でシングルモード導波路３、
４（分配用シングルモード導波路）に分岐する。このと
き、光ディスク（被検面）１４で反射した光（「復路」
の光）はダブルモード導波路７の入り口の中心からずれ
ているので、前述した通りダブルモード導波路７を適当
な長さに設定しておき、シングルモード導波路３、４
（分配用シングルモード導波路）からの出射光量を光検
出器１５、１６で検出し、差動アンプ１７で光検出器１
５、１６からの信号の差をとることによって、光のピン
ト（集光）ずれを検出できる。なお、図５では、ディス
クに記録された信号の再生系やオートトラッキングのた
めの光学系については省略した。

【００３１】導波路基板が電気光学効果を有する基板で
あるときは基板に電極を設けて、この電極に電圧を印加
することによって、導波路に電界を印加し、ダブルモー
ド領域の完全結合長を変化させることができる。このよ
うにするとダブルモード領域の長さが測定するのに好ま
しい長さからずれている時、完全結合長を変化させるこ
とにより好ましい条件で測定することが可能になる。

【００３２】図６に電極を設けた図を示す。第２の実施
例では、ＸカットＹ伝搬のニオブ酸リチウム基板１０を
用いている。この基板はＺ軸方向に電界をかけると効率
よく屈折率を変化させることができる。このため、Ｚ軸
方向（横方向）に電界が印加するように電極１８、１９
を配置する。また、ＺカットＸまたはＹ伝搬のニオブ酸
リチウム基板を用いる場合は、Ｚ軸方向（縦方向）に電
界を印加するように電極を配置すればよい。電極１８、
１９には不図示の電源が接続されている。

【００３３】また、導波路に電界を印加する場合、屈折
率分布の対称な場所で電界を印加することが好ましいの
で、図６ではシングルモード導波路５を曲げる前の場所
に電極を配置した。図５及び図６の構成は光ディスクに
制限されるものではなく、一般の光学的な焦点検出装置
にも応用できることは言うまでもない。

【００３４】半導体レーザ１に戻り光がある場合には、
半導体レーザ１の動作が不安定になる。また、半導体レ
ーザ１からの光の偏光方向がずれている場合、導波路を
常光線と異常光線とが伝搬し、「往路」の光がシングル
モードで伝搬しないことがある。このような場合は、シ
ングルモード導波路２（誘導用シングルモード導波路）
に公知のモードスプリッタを設ければよい。このモード
スプリッタは偏光方向〔常光（ＴＥモード）、異常光
（ＴＭモード）〕によって光を分離するものである。

【００３５】また、基板がＺカットＸまたはＹ伝搬のニ
オブ酸リチウム基板を用いている場合は、シングルモー
ド導波路２（誘導用シングルモード導波路）上に公知の
金属クラッディングを用いた偏光子を設ければよい。こ
の偏光子は、ＴＭモード（異常光）の光を吸収し、ＴＥ
モード（常光）の光を透過させるものである。このこと
は、特願平４−３１３１９８号の明細書及び図面で詳し
く記載されている。

【００３６】図７は、本発明の第３の実施例による段差
測定装置をレーザ走査顕微鏡に用いたものである。この
装置は、被検面３９の段差を測定する第１の測定部と被
検面３９の位相分布または強度分布を測定する第２の測
定部からなる。第１及び２の実施例と同様なものは第１
及び２の実施例と同じ符号をつけて詳しい説明は省略す
る。

【００３７】第１の測定部には、第１の実施例と同様の
導波路を用いる。第２の測定部には、ダブルモード導波
路２７に分岐導波路であるシングルモード導波路２８、
２９（分配用シングルモード導波路）を接続した導波路
を用いる。この導波路はＴｉ拡散法、Ｌｉ₂Ｏ外拡散
法、またはプロトン交換法を用いて作製される。半導体
レーザ１から出射した光（「往路」の光）がシングルモ
ード導波路２（誘導用シングルモード導波路）及び５を
経て端面９から出射する。この光はコリメータレンズ１
１で平行光にされ、偏光選択性回折格子２０及び１／４
λ板１２、Ｘ−Ｙスキャナ２１を通り、対物レンズ１３
（第１の集光手段）で被検面３９に集光される。

【００３８】偏光選択性回折格子２０は、「往路」の光
の偏光方向では光を透過して、「復路」の光の偏光方向
では光を回折する構成とする。Ｘ−Ｙスキャナ２１は、
被検面３９に集光される光のスポットを被検面３９に対
して相対的に移動させるものである。被検面３９からの
反射光（「復路」の光）は対物レンズ１３で平行光にさ
れ、１／４λ板１２を通り、「往路」の光と直交する偏
光方向に変換され、、偏光選択性回折格子２０で回折さ
れる。この回折された光のうち、０次光は段差測定検出
用の導波路へ、１次光は被検面３９の位相分布及び強度
分布を測定する導波路へ入射するように偏光選択性回折
格子２０を配置する。０次光は段差測定検出用の導波路
へ、１次光は被検面３９の位相分布及び強度分布を測定
する導波路へそれぞれコリメータレンズ１１（第２の集
光手段）で集光される。

【００３９】０次光は、第２の実施例と同様にダブルモ
ード導波路７へ入射し、光検出器１５、１６で検出され
る。また、光検出器１５、１６には、光検出器１５、１
６で検出した光の信号の差を求める差動回路２２と、光
検出器１５、１６が検出した信号の和を求める和演算回
路２３と、差動回路２２から出力される信号を和演算回
路２３から出力される信号で割る割算器２４とが配置さ
れている。この差動回路２２と和演算回路２３と割算器
２４とで焦点のずれ量を求める。

【００４０】被検面３９の反射率の分布が一定ではない
場合、導波路に入射する光量に変化が起きる。そこで、
第３の実施例では割算器２４からの補正された信号を用
いている。これは、和演算回路２３で求められた全光量
の信号を差動回路２２で求められた光検出器１５、１６
に入射した光量の差の信号で割ることにより、全光量の
不均一を無くす補正である。この補正をすることが好ま
しいが、補正をしない場合は、単に差動回路２２で求め
られた信号を用いればよい。

【００４１】また、１次光はダブルモード導波路２５の
端面の中心へ入射し、シングルモード導波路２８、２９
（分配用シングルモード導波路）で第２の実施例と同様
に光が分配され、その光強度の非対称性を光検出器３
０、３１でそれぞれ検出される。ここでダブルモード導
波路２５の光の入射端がピンホールと同じ働きをするの
で、この構成は、コンフォーカル型レーザ走査顕微鏡を
構成する。この光検出器３０、３１の信号の差を差動回
路３２でとる。この差動回路３２からの信号で被検面３
９の位相（傾斜や段差）分布または強度（反射率）分布
を測定する。

【００４２】被検面３９の位相分布を測定するときはダ
ブルモード領域の長さを式（１）で求まる長さにして、
被検面３９の強度分布を測定するときはダブルモード領
域の長さを式（２）で求まる長さにする。第２の実施例
と同様に電極２６、２７に電圧を印加することにより、
完全結合長の長さを変えることができるので、ダブルモ
ード領域の長さを一定にしておき、印加する電圧を変化
させることによって、測定したい位相分布と強度分布と
を選ぶことも可能である。

【００４３】第１の測定部で測定される段差測定は、割
算器２４の信号を読み出し、図９に示した割算器２４の
信号と被検物体３９の対物レンズ１３の焦点の位置から
のずれ量の関係から換算する。図９の関係は予め測定を
しておく。また、被検物体をのせるステージ等をピエゾ
アクチュエータ等で光軸方向に移動させる手段を設け
て、割算器２４の信号が０になるように（焦点のずれが
０になるようにする。）ステージを移動させる。このス
テージの移動量を測定することによって、被検面３９の
段差測定を行ってもよい。この場合は、予め図９の関係
を測定する必要はない。

【００４４】また、第３の実施例では１つの光源（半導
体レーザ１）で被検面３９の段差測定と傾斜または反射
率の傾斜の測定をおこなったが、図８のようにそれぞれ
を独立して測定してもよい。これは、第２の測定部で用
いられる導波路を第１の測定部で用いられている導波路
と同様の製造方法で製造する。ただし、この場合は端面
３７でシングルモード導波路の中心とダブルモード導波
路の中心とを一致させる。

【００４５】半導体レーザ１からの光は上記と同様にし
て、被検面３９に集光され、反射光は導波路端面９に集
光される。また半導体レーザ３３からの光も同様にして
「往路」の光はシングルモードで導波路内を伝搬して、
被検面３９に集光され、反射光は、端面３７に集光され
「復路」の反射光はダブルモードで導波路内を伝搬す
る。

【００４６】他の構成は図７と同様である。第３の実施
例では、段差測定装置を顕微鏡に用いたが、段差測定装
置の代わりに第２の実施例のような焦点検出装置を用い
てもよい。また、段差測定装置を単独で用いることがで
きることはいうまでもない。段差測定装置を単独で用い
る場合は、Ｘ−Ｙスキャナ２１はなくてもよい。

【００４７】

【発明の効果】このように本発明によれば単一の基板上
に光出射部と受光部が集積される導波路を構成すること
ができるため、「復路」の光または異常光線（例えば、
本実施例における被検面からの反射光）を導波路へ入射
する際に、「復路」の光または異常光線の位置合わせが
いらず、精度よく正確に焦点検出及び段差測定が可能と
なる。

【００４８】本発明の実施例によれば、ダブルモード導
波路にＹ分岐の導波路をつなげる構成にしたため非常に
コントラスト良く光を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による導波路の概略構成
図。

【図２】本発明の第１の実施例による導波路の概略構成
図。

【図３】本発明の第１の実施例による導波路の概略断面
図。

【図４】本発明の第１の実施例による導波路の概略断面
図。

【図５】本発明の第２の実施例による焦点検出装置の概
略構成図。

【図６】本発明の第２の実施例による焦点検出装置に電
極を設けたの概略構成図。

【図７】本発明の第３の実施例による段差測定装置をレ
ーザ走査顕微鏡に用いた概略構成図。

【図８】本発明の第３の実施例による段差測定装置をレ
ーザ走査顕微鏡に用いた概略構成図。

【図９】本発明の第３の実施例による段差測定装置に用
いられる、焦点のずれ量と割算器の出力信号の関係を示
す概念図。

【図１０】導波路を用いた焦点検出装置の概略構成図。

【符号の説明】

１、３３・・・半導体レーザ２、３４・・・誘導用シングルモード導波路３、４、２８、２９、３５、３６・・・分配用シングル
モード導波路５・・・シングルモード導波路７、２５、３８・・・ダブルモード導波路１０・・・基板１１・・・コリメータレンズ１２・・・１／４波長板１３・・・対物レンズ１４・・・光ディスク１５、１６、３０、３１・・・光検出器１７・・・差動アンプ１８、１９、２６、２７・・・電極２０・・・偏光選択性回折格子２１・・・Ｘ−Ｙスキャナ２２、３２・・・差動回路２３・・・和演算回路２４・・・割算器３９・・・被検試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 7/28 (72)発明者大木裕史東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】「往路」の光に対しては前記「往路」の
光をシングルモードで伝搬するシングルモード導波路
と、「復路」の光に対しては前記「復路」の光をダブルモー
ドで伝搬するダブルモード導波路とからなり、前記シングルモード導波路の中心と前記ダブルモード導
波路の中心とが少なくとも一方の端面でずれていること
を特徴とする導波路。
【請求項２】基板上に形成され、常光線及び異常光線
に対して前記基板よりも屈折率が大きい第１コア部と、
前記基板上に形成され、異常光線のみに対して前記基板
よりも屈折率が大きい第２コア部とからなり、前記第１コア部は前記常光線に対しては前記常光線をシ
ングルモードで伝搬するシングルモード導波路を構成
し、前記第１コア部と前記第２コア部とを合わせた領域は前
記異常光線に対しては前記異常光線をダブルモードで伝
搬するダブルモード導波路を構成し、前記シングルモード導波路の中心と前記ダブルモード導
波路の中心とが少なくとも一方の端面でずれていること
を特徴とする導波路。
【請求項３】請求項１または２記載の導波路であっ
て、前記ダブルモード導波路に電界を印加するための電
極を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の導
波路。
【請求項４】請求項１または３記載の導波路であっ
て、前記「往路」の光を前記シングルモード導波路へ誘
導するための誘導用シングルモード導波路と、前記ダブルモード導波路内の前記「復路」の光の光強度
分布を分配するための少なくとも２つの分配用シングル
モード導波路を設けたことを特徴とする請求項１または
３記載の導波路。
【請求項５】請求項２または３記載の導波路であっ
て、前記常光線を前記シングルモード導波路へ誘導する
ための誘導用シングルモード導波路と、前記ダブルモード導波路内の前記異常光線の光強度分布
を分配するための少なくとも２つの分配用シングルモー
ド導波路を設けたことを特徴とする請求項２または３記
載の導波路。
【請求項６】導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第１の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第２の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも２つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面に集光される前記光の焦点の
ずれを検出する検出手段とからなる焦点検出装置におい
て、前記導波路は請求項１または２または３または４または
５記載の導波路であることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項７】導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第１の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第２の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも２つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面の段差を測定する段差測定装
置において、前記導波路は請求項１または２または３または４または
５記載の導波路であることを特徴とする段差測定装置。