JPH09210619A - Focus detection device using optical waveguide - Google Patents

Focus detection device using optical waveguide

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Publication number
JPH09210619A
JPH09210619A JP8015423A JP1542396A JPH09210619A JP H09210619 A JPH09210619 A JP H09210619A JP 8015423 A JP8015423 A JP 8015423A JP 1542396 A JP1542396 A JP 1542396A JP H09210619 A JPH09210619 A JP H09210619A
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JP
Japan
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light
optical system
illumination
mode waveguide
face
Prior art date
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Application number
JP8015423A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Doi
正明 土肥
Junji Ikeda
順司 池田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で簡単な構成の焦点検出装置を提供する。 【解決手段】光源21の出射端面203と、ダブルモー
ド導波路28の端面202の中心からわずかにずれた位
置27とを、偏光マイクロビームスプリッタ23を挟ん
で共役な位置に配置する。端面203から出射された直
線偏光の照明光は、ビームスプリッタ23で偏向され、
集光レンズ25により集光される。被検物体26からの
反射光は、集光レンズ25により集光され、ビームスプ
リッタ23を透過してダブルモード導波路28に入射す
る。ダブルモード導波路に入射した光の位相分布の非対
称性を検出できるように、ダブルモード導波路の長さを
設定することにより、被検物体26が集光レンズの焦点
に位置する場合と位置しない場合とを検出できる。
A focus detection device having a small size and a simple structure is provided. SOLUTION: An emission end face 203 of a light source 21 and a position 27 slightly deviated from the center of an end face 202 of a double mode waveguide 28 are arranged at conjugate positions with a polarization micro beam splitter 23 sandwiched therebetween. The linearly polarized illumination light emitted from the end face 203 is deflected by the beam splitter 23,
It is condensed by the condenser lens 25. The reflected light from the object 26 to be inspected is condensed by the condenser lens 25, passes through the beam splitter 23, and enters the double mode waveguide 28. By setting the length of the double-mode waveguide so that the asymmetry of the phase distribution of the light incident on the double-mode waveguide can be detected, it does not correspond to the case where the object 26 to be measured is located at the focal point of the condenser lens. The case and can be detected.

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、光導波路を用いた
焦点検出装置または段差測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focus detecting device or a step 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 size and weight of the optical system can be reduced by using the optical waveguide.
This is because there is an advantage that adjustment of the optical axis becomes unnecessary.

【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号公報に、焦点を検出す
るためのデバイスが提案されている。
As one of measuring instruments utilizing an optical waveguide,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331841 proposes a device for detecting a focus.

【0004】特開平6−331841号公報では、光導
波路としてダブルモード導波路を用い、このダブルモー
ド導波路の端面から集光した光を入射させる。このと
き、入射光の光軸が、ダブルモード導波路の中心からわ
ずかにずれるようにする。集光された光の焦点が、ダブ
ルモード導波路の端面と一致している場合と、一致して
いない場合とでは、ダブルモード導波路に励振されるモ
ードが異なる。このため、ダブルモード導波路を伝搬す
る光の対称性が、入射光の焦点位置で異なる。したがっ
て、ダブルモード導波路を伝搬する光の対称性を検出す
ることにより、入射光の焦点位置を検出するというもの
である。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-331841, a double mode waveguide is used as an optical waveguide, and light condensed from the end face of the double mode waveguide is made incident. At this time, the optical axis of the incident light is slightly deviated from the center of the double mode waveguide. The modes excited in the double-mode waveguide are different depending on whether the focus of the condensed light matches the end face of the double-mode waveguide or not. Therefore, the symmetry of the light propagating through the double mode waveguide differs depending on the focal position of the incident light. Therefore, the focus position of the incident light is detected by detecting the symmetry of the light propagating through the double mode waveguide.

【0005】特開平6−331841号公報では、物体
に照明光を集光するとともに、その反射光を照明光から
分離してダブルモード導波路の端面に集光させるため
に、偏光選択性回折格子と対物レンズとを用いている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-331841, a polarization-selective diffraction grating is used for converging illumination light on an object and separating the reflected light from the illumination light on the end face of the double mode waveguide. And an objective lens are used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】特開平6−33184
1号公報に記載されているデバイスの構成では、偏光選
択性回折格子を用いなければならない構成である。しか
しながら、性能の良い偏光選択性回折格子を作製するの
は、困難であるという問題点があった。
Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-33184
The configuration of the device described in Japanese Patent Publication No. 1 is a configuration in which a polarization selective diffraction grating must be used. However, there is a problem that it is difficult to manufacture a polarization-selective diffraction grating with good performance.

【0007】本発明は、簡単な構成で、小型な焦点検出
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 compact focus detection device having a simple structure.

【0008】[0008]

【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、照明光を出射する照明光学系と、
前記照明光を集光して被検物体に照射するとともに、そ
の反射光を集光する集光光学系と、前記照明光と反射光
とを分離するために、前記照明光および反射光のうち、
一方を透過し、他方を反射する偏向光学系と、前記偏向
光学系によって分離された前記反射光を端面から入射さ
せて伝搬するため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強度分布の対称性を検
出するための対称性検出手段とを有し、前記偏向光学系
は、前記照明光学系と前記集光光学系との間に配置さ
れ、前記ダブルモード導波路の端面の中心からずれた位
置と、前記照明光学系の照明光の出射中心とは、前記偏
向光学系を挟んで共役な位置に配置されていることを特
徴とする焦点検出装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an illumination optical system for emitting illumination light,
Of the illumination light and the reflected light, in order to collect the illumination light and irradiate the object to be inspected, and to separate the illumination light and the reflected light from each other, ,
A deflection optical system that transmits one and reflects the other, a double-mode waveguide for allowing the reflected light separated by the deflection optical system to enter from an end face and propagate, and a double-mode waveguide that propagates through the double-mode waveguide Symmetry detecting means for detecting the symmetry of the light intensity distribution, the deflection optical system is arranged between the illumination optical system and the condensing optical system, A focus detection device is provided, wherein a position deviated from the center of the end face and an emission center of the illumination light of the illumination optical system are arranged at a conjugate position with the deflection optical system interposed therebetween.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described.

【0010】まず、本発明の第1の実施の形態の焦点検
出装置の構成を図2を用いて説明する。
First, the structure of the focus detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0011】ニオブ酸リチウム基板20には、ダブルモ
ード導波路28と、これを2分岐する分岐部201と、
分岐部201に接続された2本の導波路29、30が形
成されている。これらは、基板20にTiを拡散するこ
とによって形成されている。ダブルモード導波路28
は、端部が基板20の一側面に露出され、入射端面20
2となっている。また、導波路29、30の端部も、基
板20の一側面に露出され、それぞれ光検出器32、3
3が取り付けられている。光検出器32、33の出力
は、差動増幅器34に入力される。また、ダブルモード
導波路28の上には、不図示のバッファ層を介して一対
の電極31が配置されている。
On the lithium niobate substrate 20, a double mode waveguide 28 and a branching portion 201 for branching the double mode waveguide 28 into two.
Two waveguides 29 and 30 connected to the branch portion 201 are formed. These are formed by diffusing Ti into the substrate 20. Double mode waveguide 28
Is exposed at one side surface of the substrate 20,
It is 2. In addition, the ends of the waveguides 29 and 30 are also exposed on one side surface of the substrate 20, and the photodetectors 32 and 3 are respectively exposed.
3 is attached. The outputs of the photodetectors 32 and 33 are input to the differential amplifier 34. A pair of electrodes 31 is arranged on the double mode waveguide 28 with a buffer layer (not shown) interposed therebetween.

【0012】基板20は、ダブルモード導波路28の端
面202が被検物体26の方を向くように配置されてい
る。端面202と被検物体26との間には、偏光方向に
よって光を反射および透過させる微小なサイズのマイク
ロビームスプリッタ23、1/4波長板24、対物レン
ズ25が順に配置されている。また、マイクロビームス
プリッタ23により、端面202と被検物体26とを結
ぶ光軸から分離される光軸上には、偏波面保存ファイバ
22の端面203が配置されている。ファイバ22の他
方の端面には、直線偏光の照明光を出射する光源21が
取り付けられている。
The substrate 20 is arranged so that the end face 202 of the double mode waveguide 28 faces the object 26 to be measured. Between the end face 202 and the object 26 to be inspected, a micro beam splitter 23 of a minute size that reflects and transmits light depending on the polarization direction, a quarter wave plate 24, and an objective lens 25 are sequentially arranged. Further, the end surface 203 of the polarization plane preserving fiber 22 is arranged on the optical axis separated from the optical axis connecting the end surface 202 and the object 26 to be measured by the microbeam splitter 23. A light source 21 that emits linearly polarized illumination light is attached to the other end surface of the fiber 22.

【0013】光源21から出射された直線偏光の照明光
は、偏波面保存ファイバ22を偏光方向を保存された状
態で伝搬し、端面203から出射される。マイクロビー
ムスプリッタ23は、端面203から出射された直線偏
光の照明光を反射し、これと直交する偏光方向の光を透
過するように配置される。1/4波長板は、マイクロビ
ームスプリッタ23で反射された直線偏光の照明光を円
偏光に変換するように配置される。一方、被検物体26
による照明光の反射光は、1/4波長板24を通過する
ことにより、照明光とは直交する偏光方向に変換される
ため、マイクロビームスプリッタ23を透過する。
The linearly polarized illumination light emitted from the light source 21 propagates through the polarization-maintaining fiber 22 with the polarization direction being preserved, and is emitted from the end face 203. The micro beam splitter 23 is arranged so as to reflect the linearly polarized illumination light emitted from the end face 203 and transmit the light in the polarization direction orthogonal to this. The quarter-wave plate is arranged so as to convert the linearly polarized illumination light reflected by the microbeam splitter 23 into circularly polarized light. On the other hand, the inspection object 26
The reflected light of the illumination light due to is converted into a polarization direction orthogonal to the illumination light by passing through the quarter-wave plate 24, and thus passes through the microbeam splitter 23.

【0014】対物レンズ25は、光ファイバ22の端面
203から出射された照明光を集光し結像させるととも
に、結像面に被検物体26が位置する場合には、その反
射光がだぶるモード導波路28の端面の幅方向の中心か
らわずかにずれた位置27に結像させるように配置され
ている。すなわち、光ファイバー22の出射端面203
の中心と、ダブルモード導波路28の入射端面202の
中心からわずかにずれた位置27とが、マイクロビーム
スプリッタ23を挟んで、共役な位置関係となるように
構成する。
The objective lens 25 collects and forms an image of the illumination light emitted from the end face 203 of the optical fiber 22 and, when the object 26 to be inspected is located on the image forming surface, the reflected light of the objective lens 25 is sloppy. The waveguide 28 is arranged so as to form an image at a position 27 slightly deviated from the center of the end face of the waveguide 28 in the width direction. That is, the emission end face 203 of the optical fiber 22
And the position 27 slightly deviated from the center of the incident end face 202 of the double-mode waveguide 28 are arranged so as to have a conjugate positional relationship with the micro beam splitter 23 interposed therebetween.

【0015】つぎに、図2の焦点検出装置の動作につい
て説明する。
Next, the operation of the focus detection device shown in FIG. 2 will be described.

【0016】光源21から出射された直線偏光の照明光
は偏波面保存ファイバ22を伝搬してマイクロビームス
プリッタ23に導かれる。マイクロビームスプリッタ2
3は、光源21から出射される直線偏光の照明光を反射
する構成であるため、照明光は、マイクロビームスプリ
ッタ23で反射し、1/4波長板24で円偏光に変換さ
れる。そして、対物レンズ25により集光され、被検物
体26に照射される。被検物体26で反射した光は、再
び対物レンズ25で集光され、1/4波長板24で照明
光の直線偏光とは直交する直線偏光に変換され、マイク
ロビームスプリッタ23を透過して、ダブルモード光導
波路の端面202の中心からわずかにずれた位置27に
集光される。
The linearly polarized illumination light emitted from the light source 21 propagates through the polarization-maintaining fiber 22 and is guided to the microbeam splitter 23. Micro beam splitter 2
Since 3 is a configuration that reflects the linearly polarized illumination light emitted from the light source 21, the illumination light is reflected by the microbeam splitter 23 and converted into circularly polarized light by the quarter-wave plate 24. Then, it is condensed by the objective lens 25 and irradiated onto the object 26 to be inspected. The light reflected by the object 26 to be inspected is condensed again by the objective lens 25, converted into linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized light of the illumination light by the ¼ wavelength plate 24, transmitted through the microbeam splitter 23, The light is focused at a position 27 slightly deviated from the center of the end face 202 of the double mode optical waveguide.

【0017】このとき被検物体26が照明光の結像面に
一致する位置にあった場合には、その反射光は、対物レ
ンズ25によってダブルモード導波路28の端面202
の位置27に図5(a)のように結像する。一方、被検
物体26が照明光の結像面に一致する位置にない場合に
は、その反射光は、図5(b)のように、ダブルモード
導波路28の端面202の位置27には結像しない。
At this time, when the object 26 to be inspected is located at a position corresponding to the image plane of the illumination light, the reflected light is reflected by the objective lens 25 to the end face 202 of the double mode waveguide 28.
An image is formed at the position 27 as shown in FIG. On the other hand, when the object 26 to be inspected is not located at the position coincident with the image plane of the illumination light, the reflected light is located at the position 27 on the end face 202 of the double mode waveguide 28 as shown in FIG. 5B. Does not form an image.

【0018】反射光が、ダブルモード導波路28の端面
202の位置27に結像した場合には、図5(a)から
わかるように、反射光が端面202に達した時点での光
の波面51が端面202に平行になる。このため、図5
(a)の場合には、ダブルモード導波路28に、ダブル
モード導波路28の幅方向について位相分布が対称な光
が入射した場合と等価であり、ダブルモード導波路28
には0次モード光と1次モード光が励起される。
When the reflected light is imaged at the position 27 of the end face 202 of the double mode waveguide 28, as can be seen from FIG. 5A, the wave front of the light at the time when the reflected light reaches the end face 202. 51 becomes parallel to the end face 202. For this reason, FIG.
In the case of (a), it is equivalent to the case where light having a symmetrical phase distribution in the width direction of the double mode waveguide 28 is incident on the double mode waveguide 28.
Is excited with 0th-order mode light and 1st-order mode light.

【0019】また、反射光がダブルモード導波路28の
端面202の位置27に結像しなかった場合には、図5
(b)から明らかなように、反射光が端面202に達し
た時点での光の波面51は、端面202と非平行にな
る。このため、図5(b)の場合には、ダブルモード導
波路28に、ダブルモード導波路28の幅方向について
位相分布が非対称な光が入射した場合と等価であり、ダ
ブルモード導波路28には、0次モード光と1次モード
光が励起される。
Further, when the reflected light does not form an image at the position 27 of the end face 202 of the double mode waveguide 28, FIG.
As is clear from (b), the wavefront 51 of the light when the reflected light reaches the end face 202 is not parallel to the end face 202. Therefore, in the case of FIG. 5B, it is equivalent to the case where light having an asymmetrical phase distribution in the width direction of the double mode waveguide 28 is incident on the double mode waveguide 28, and Causes 0th-order mode light and 1st-order mode light to be excited.

【0020】ダブルモード導波路を伝搬する0次モード
光は、偶モードであるため、光強度分布は、導波路の幅
方向に対して対称である。これに対し、0次モード光と
1次モード光とが励起されると、両モード光は、導波路
内で干渉し、干渉光は、導波路内を蛇行しながら伝搬す
るため、導波路中の光強度分布に非対称性が生じること
が知られている。
Since the 0th-order mode light propagating in the double-mode waveguide is an even mode, the light intensity distribution is symmetrical with respect to the width direction of the waveguide. On the other hand, when the 0th-order mode light and the 1st-order mode light are excited, both modes interfere with each other in the waveguide, and the interference light propagates while meandering in the waveguide. It is known that an asymmetry occurs in the light intensity distribution of.

【0021】これを利用して、ダブルモード導波路28
の長さLを適切な長さにし、ダブルモード導波路を伝搬
してきた光の強度分布の対称性を検出することにより、
ダブルモード導波路に入射した位相分布の非対称性を検
出できることも知られている。(H.Ooki and
J.Iwasaki,Optics Communi
cations 85(1991)177)。このダブ
ルモード導波路28の適切な長さLとは、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)L
cに対して、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・・
・) を満たすような長さである。
Utilizing this, the double mode waveguide 28
By setting the length L of the beam to an appropriate length and detecting the symmetry of the intensity distribution of the light propagating in the double mode waveguide,
It is also known that the asymmetry of the phase distribution incident on the double mode waveguide can be detected. (H. Oki and
J. Iwasaki, Optics Communi
Cations 85 (1991) 177). The appropriate length L of the double-mode waveguide 28 is a complete coupling length (length at which the phase difference between the 0th-order mode and the 1st-order mode is π) L
For c, L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...
・) The length is such that

【0022】ただし、実際には、分岐部201において
も導波路間隔が狭い部分では、ダブルモードで光が伝搬
するので、ダブルモード導波路28および分岐部201
を含めて実質的にダブルモードで光が伝搬可能な長さを
Lとする必要がある。
In practice, however, light propagates in the double mode in the portion where the waveguide spacing is narrow even in the branching portion 201, so the double mode waveguide 28 and the branching portion 201.
It is necessary to set L to a length that allows light to propagate substantially in the double mode including the above.

【0023】本実施の形態では、電極31からダブルモ
ード導波路28に電圧を印加することにより、電気光学
効果により、完全結合長Lcを調節し、ダブルモード導
波路28の長さLが上式を満たすようにしている。
In the present embodiment, by applying a voltage from the electrode 31 to the double mode waveguide 28, the complete coupling length Lc is adjusted by the electro-optic effect, and the length L of the double mode waveguide 28 is calculated by the above formula. Trying to meet.

【0024】したがって、被検物体26が、対物レンズ
による照明光の結像面に位置する場合には、上述のよう
に、ダブルモード導波路28に、波面が端面202と平
行な光が入射し、ダブルモード導波路28には0次モー
ド光と1次モード光とが励振される。ダブルモード導波
路28に励振された0次モード光と1次モード光は、干
渉しながら伝搬する。ダブルモード導波路の長さLは、
位相分布の非対称性を検出するように上式のように設定
されているので、分岐部201において、導波路29、
30に均等に分岐される。したがって、光検出器32、
33には、等しい光量が検出される。
Therefore, when the object 26 to be inspected is located on the image forming plane of the illumination light by the objective lens, as described above, the light whose wavefront is parallel to the end face 202 is incident on the double mode waveguide 28. The 0th-order mode light and the 1st-order mode light are excited in the double-mode waveguide 28. The 0th-order mode light and the 1st-order mode light excited in the double-mode waveguide 28 propagate while interfering with each other. The length L of the double mode waveguide is
Since the asymmetry of the phase distribution is detected by the above equation, the waveguide 29,
Evenly divided into 30. Therefore, the photodetector 32,
An equal amount of light is detected at 33.

【0025】一方、被検物体が、対物レンズによる照明
光の結像面に位置していない場合には、ダブルモード導
波路28に、波面が端面202と非平行な光が入射し、
ダブルモード導波路28には0次モード光と1次モード
光とが励振される。0次モード光と1次モード光は干渉
し、干渉光が蛇行しながら伝搬し分岐部201に至る。
このとき、ダブルモード導波路28の長さLは、上述の
式を満たしているため、干渉光は、ダブルモード導波路
28の幅方向の左右いずれかに偏っており、分岐部20
1で、導波路29、30に分岐される光量には差が生じ
る。したがって、光検出器32、33で検出される光量
は等しくない。
On the other hand, when the object to be inspected is not located on the image plane of the illumination light from the objective lens, the light whose wavefront is not parallel to the end face 202 is incident on the double mode waveguide 28,
Zero-order mode light and first-order mode light are excited in the double-mode waveguide 28. The 0th-order mode light and the 1st-order mode light interfere with each other, and the interference light meanders and propagates to reach the branching unit 201.
At this time, since the length L of the double mode waveguide 28 satisfies the above expression, the interference light is biased to either the left or right in the width direction of the double mode waveguide 28, and the branch portion 20.
At 1, there is a difference in the amount of light split into the waveguides 29 and 30. Therefore, the light amounts detected by the photodetectors 32 and 33 are not equal.

【0026】従って、光検出器32、33で検出される
光量の差を、差動増幅器34で検出することにより、被
検物体26が対物レンズ25による照明光の結像面に位
置するかどうか、すなわち、対物レンズ25の焦点に位
置するかどうかを検出することができる。
Therefore, by detecting the difference between the amounts of light detected by the photodetectors 32 and 33 with the differential amplifier 34, whether the object 26 to be measured is positioned on the image plane of the illumination light by the objective lens 25 or not. That is, it is possible to detect whether or not it is located at the focal point of the objective lens 25.

【0027】上述してきたように、本実施の形態では、
ダブルモード導波路の端面202の中心からわずかにず
れた位置27と、照明光を出射する光ファイバ22の端
面203の出射中心とを、マイクロビームスプリッタ2
3を挟んで、共役な位置に配置することにより、簡単な
構成で焦点検出装置を構成することができた。また、マ
イクロビームスプリッタ23は、数mm角の小さなサイ
ズの光学部品である。さらに、本実施の形態では、マイ
クロビームスプリッタ23をダブルモード導波路28の
端面に取り付けることができるため、光路長を短くでき
るとともに、アライメントや取り付け作業が容易にな
る。したがって、簡単な構成で小型な焦点検出装置を、
効率よく製造することが可能である。
As described above, in this embodiment,
The position 27 slightly deviated from the center of the end face 202 of the double mode waveguide and the emission center of the end face 203 of the optical fiber 22 for emitting the illumination light are set to the micro beam splitter 2
By arranging 3 in a conjugate position with sandwiching 3, it was possible to configure the focus detection device with a simple configuration. The micro beam splitter 23 is an optical component of a small size of several mm square. Furthermore, in the present embodiment, the microbeam splitter 23 can be attached to the end face of the double mode waveguide 28, so that the optical path length can be shortened and alignment and attachment work can be facilitated. Therefore, a compact focus detection device with a simple configuration,
It can be manufactured efficiently.

【0028】上述の実施の形態では、電気光学効果を有
するニオブ酸リチウム基板20を用いたが、GaAsの
ような電気光学効果を有する他の材料や、電気光学効果
を有しないSiなどの材料を用いることができる。
Although the lithium niobate substrate 20 having the electro-optical effect is used in the above-mentioned embodiment, other materials having the electro-optical effect such as GaAs or Si having no electro-optical effect are used. Can be used.

【0029】また、電気光学効果を有しない材料を用い
る場合、幾何学的にダブルモード導波路28の長さLを
調節して製造すればよい。電気光学効果を用いない場
合、電極31は不要である。
When a material having no electro-optical effect is used, the length L of the double mode waveguide 28 may be geometrically adjusted to manufacture. If the electro-optic effect is not used, the electrode 31 is unnecessary.

【0030】また、本実施の形態では、ダブルモード導
波路28、分岐部201、導波路29、30を基板20
上に形成しているが、これらを光ファイバーで構成する
ことも可能である。
Further, in this embodiment, the double mode waveguide 28, the branching portion 201, the waveguides 29 and 30 are connected to the substrate 20.
Although formed above, it is also possible to configure these with optical fibers.

【0031】また、本発明の第2の実施の形態として、
図3のような構成を用いることができる。図3の構成
は、図2の構成とほぼ同じであるが、対物レンズ25を
用いるかわりに、マイクロビームスプリッタ23に集光
グレーティングレンズ35を集積している。
Further, as a second embodiment of the present invention,
A configuration as shown in FIG. 3 can be used. The configuration of FIG. 3 is almost the same as the configuration of FIG. 2, but instead of using the objective lens 25, a condenser grating lens 35 is integrated in the microbeam splitter 23.

【0032】集光グレーティングレンズ35は、図4の
ように同心円状のグレーティングにより構成されたもの
で、対物レンズと同様に集光作用を持っている。
The condensing grating lens 35 is composed of a concentric circular grating as shown in FIG. 4, and has a condensing function like an objective lens.

【0033】図3の構成では、照明光は集光グレーティ
ングレンズ35によって被検物体26に集光されるとと
もに、被検物体26からの反射光は、集光グレーティン
グレンズ35により、ダブルモード導波路28の端面に
集光される。
In the configuration of FIG. 3, the illumination light is condensed on the object 26 to be inspected by the condensing grating lens 35, and the reflected light from the object 26 to be inspected is condensed by the condensing grating lens 35 into the double mode waveguide. The light is focused on the end face 28.

【0034】このような構成により、第1の実施の形態
の対物レンズ25を用いる場合よりも、より光路長がが
短くなるとともに、光学部品数が少なくなり、光学系が
簡単になる。その他の構成、作用は第1の実施の形態と
同じであるので説明を省略する。
With such a structure, the optical path length becomes shorter and the number of optical parts becomes smaller than that in the case of using the objective lens 25 of the first embodiment, and the optical system becomes simple. The other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and therefore their explanations are omitted.

【0035】次に、本発明の第3の実施の形態の焦点検
出装置を図1を用いて説明する。
Next, a focus detecting device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0036】ニオブ酸リチウム基板2には、第1の実施
の形態と同じくダブルモード導波路28、分岐部20
1、導波路29、30のほかに、シングルモード導波路
3が形成される。
The lithium niobate substrate 2 has the double mode waveguide 28 and the branching portion 20 as in the first embodiment.
1, the single mode waveguide 3 is formed in addition to the waveguides 29 and 30.

【0037】シングルモード導波路3の一方の端面4
は、ダブルモード導波路28の端面202が位置する基
板2の側面に配置される。シングルモード導波路3のも
う一方の端面には、直線へ光の照明光を出射する光源1
が取り付けられている。
One end face 4 of the single mode waveguide 3
Is arranged on the side surface of the substrate 2 where the end face 202 of the double mode waveguide 28 is located. On the other end face of the single mode waveguide 3, a light source 1 that emits a linear illumination light
Is attached.

【0038】基板2と被検物体9との間には、コリメー
タレンズ5、複屈折性プリズム6、1/4波長板7、対
物レンズ8が順に配置される。複屈折性プリズム6は、
常光線を直進させ、異常光線を入射軸とは異なる方向に
屈折させるプリズムであり、一般によく用いられるロシ
ョンプリズムを用いる。シングルモード導波路3から出
射される直線偏光の照明光が複屈折プリズム6に対して
常光線となり、照明光とは偏光方向が直交する直線偏光
が、複屈折プリズム6の異常光線となるように複屈折プ
リズム6を配置しておく。また、被検物体9によって反
射された光が、複屈折プリズムで屈折され、この屈折プ
リズムが、コリメータレンズ5でダブルモード導波路2
8の端面202の中心からわずかにずれた位置27に集
光されるように、シングルモード導波路3の端面4と、
ダブルモード導波路28の端面202との間隔を予め定
めて製造しておく。
A collimator lens 5, a birefringent prism 6, a quarter-wave plate 7 and an objective lens 8 are sequentially arranged between the substrate 2 and the object 9 to be inspected. The birefringent prism 6 is
A Rochon prism, which is a commonly used Rochon prism, is a prism that makes an ordinary ray go straight and refracts an extraordinary ray in a direction different from the incident axis. The linearly polarized illumination light emitted from the single mode waveguide 3 becomes an ordinary ray to the birefringent prism 6, and the linearly polarized light whose polarization direction is orthogonal to the illumination light becomes an extraordinary ray of the birefringent prism 6. The birefringent prism 6 is arranged. Further, the light reflected by the object 9 to be inspected is refracted by the birefringence prism, and this refraction prism is collimated by the double mode waveguide 2 by the collimator lens 5.
The end face 4 of the single mode waveguide 3 and the end face 4 of the single mode waveguide 3 so as to be condensed at a position 27 slightly deviated from the center of the end face 202.
The distance from the end face 202 of the double mode waveguide 28 is predetermined and manufactured.

【0039】光源1から発せられた直線偏光の光は基板
2上に形成されたシングルモード導波路3を伝搬し、端
面4から出射する。出射した直線偏光の照明光は、コリ
メータレンズ5で平行光となったあと複屈折性プリズム
6に入射する。
The linearly polarized light emitted from the light source 1 propagates through the single mode waveguide 3 formed on the substrate 2 and exits from the end face 4. The emitted linearly polarized illumination light is collimated by the collimator lens 5 and then enters the birefringent prism 6.

【0040】照明光は、複屈折プリズム6の常光線であ
るため、複屈折性プリズム6を直進する。そして、1/
4波長板7で円偏光に変換され、対物レンズ8で被検物
体9上に集光される。
Since the illumination light is an ordinary ray of the birefringent prism 6, it travels straight through the birefringent prism 6. And 1 /
It is converted into circularly polarized light by the four-wave plate 7 and is condensed on the object 9 to be inspected by the objective lens 8.

【0041】被検物体9で反射した光は再び対物レンズ
8、1/4波長板7を通過することにより、照明光と
は、偏光方向が直交する直線偏光に変換される。この偏
光面は複屈折性プリズム6に対して異常光線となるた
め、複屈折プリズム6で屈折し、光路が変わった光は、
コリメータレンズ5を経てダブルモード導波路28の端
面202の中心からわずかにずれた位置27に集光され
る。
The light reflected by the object 9 to be inspected again passes through the objective lens 8 and the quarter-wave plate 7 to be converted into linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. Since this plane of polarization becomes an extraordinary ray with respect to the birefringent prism 6, the light refracted by the birefringent prism 6 and the optical path changed is
The light is condensed through the collimator lens 5 at a position 27 slightly deviated from the center of the end face 202 of the double mode waveguide 28.

【0042】第1の実施の形態と同様に対物レンズ8の
焦点に被検物体9が位置する場合には、ダブルモード導
波路28に波面が平行な光が入射し、焦点からずれた位
置に被検物体9が位置する場合には、波面が傾いた光が
入射する。ダブルモード導波路の長さを、ダブルモード
導波路に入射した光の位相分布の非対称性を検出する長
さに設定することによって、光検出器32、33で検出
される光量の差を差動増幅器34でとることにより、被
検物体9の焦点位置ずれを知ることができる。
Similar to the first embodiment, when the object 9 to be measured is located at the focal point of the objective lens 8, light having parallel wavefronts is incident on the double mode waveguide 28 and is displaced from the focal point. When the object 9 to be inspected is located, light whose wavefront is inclined is incident. By setting the length of the double-mode waveguide to a length that detects the asymmetry of the phase distribution of the light incident on the double-mode waveguide, the difference in the amount of light detected by the photodetectors 32 and 33 is differentiated. By using the amplifier 34, it is possible to know the focus position shift of the object 9 to be inspected.

【0043】第3の実施の形態の構成では、作製が容易
な複屈折プリズムと、コリメータレンズと、対物レンズ
との組み合わせで、焦点検出装置が構成できるため、従
来のように作製の困難な偏光選択性回折格子を用いる必
要がなく、従来よりも製造が容易になる。
In the configuration of the third embodiment, the focus detection device can be constructed by combining the birefringent prism, the collimator lens, and the objective lens, which are easy to produce, so that the polarization which is difficult to produce as in the conventional case. Since it is not necessary to use a selective diffraction grating, manufacturing is easier than ever before.

【0044】上述の各実施の形態では、焦点検出装置に
ついて説明したが、同じ構成で、被検物体の段差を測定
することができる。
In each of the above-described embodiments, the focus detection device has been described, but the step difference of the object to be inspected can be measured with the same configuration.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、小型で簡単な構成の焦
点検出装置を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a focus detection device having a small size and a simple structure.

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

【図1】本発明の第3の実施の形態による焦点検出装置
の構成を説明するブロック図。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a focus detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態による焦点検出装置
の構成を説明するブロック図。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a focus detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態による焦点検出装置
の構成を説明するブロック図。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a focus detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施例に用いる集光グレーティン
グレンズの構成を説明する説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a condenser grating lens used in a second embodiment of the present invention.

【図5】(a)、(b)図1の焦点検出装置のダブルモ
ード導波路28の端面202と反射光の結像面との関係
を示す説明図。
5A and 5B are explanatory diagrams showing a relationship between an end face 202 of the double mode waveguide 28 of the focus detection device of FIG. 1 and an image plane of reflected light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21・・・光源、2、20・・・基板、3・・・シ
ングルモード導波路、22・・・光ファイバ、23・・
・マイクロビームスプリッタ、24・・・1/4波長
板、25・・・対物レンズ、26・・・被検物体、28
・・・ダブルモード導波路、29、30・・・導波路、
31・・・電極、32、33・・・光検出器、34・・
・差動増幅器。
1, 21 ... Light source, 2, 20 ... Substrate, 3 ... Single-mode waveguide, 22 ... Optical fiber, 23 ...
Microbeam splitter, 24 ... Quarter wave plate, 25 ... Objective lens, 26 ... Object to be inspected, 28
... Double mode waveguide, 29,30 ... Waveguide,
31 ... Electrodes, 32, 33 ... Photodetectors, 34 ...
-Differential amplifier.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】照明光を出射する照明光学系と、 前記照明光を集光して被検物体に照射するとともに、そ
の反射光を集光する集光光学系と、 前記照明光と反射光とを分離するために、前記照明光お
よび反射光のうち、一方を透過し、他方を反射する偏向
光学系と、 前記偏向光学系によって分離された前記反射光を端面か
ら入射させて伝搬するため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強度分布の
対称性を検出するための対称性検出手段とを有し、 前記偏向光学系は、前記照明光学系と前記集光光学系と
の間に配置され、 前記ダブルモード導波路の端面の中心からずれた位置
と、前記照明光学系の照明光の出射中心とは、前記偏向
光学系を挟んで共役な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. An illumination optical system for emitting illumination light; a focusing optical system for focusing the illumination light to irradiate an object to be inspected and focusing reflected light thereof; and the illumination light and the reflected light. In order to separate the illumination light and the reflected light, a deflection optical system that transmits one of the illumination light and the reflected light and reflects the other of the illumination light and the reflected light that is separated by the deflection optical system is incident from an end face and propagates. And a symmetry detecting means for detecting the symmetry of the intensity distribution of the light propagating through the double mode waveguide, wherein the deflection optical system includes the illumination optical system and the collecting optical system. A position displaced from the center of the end face of the double mode waveguide and an emission center of the illumination light of the illumination optical system, which are disposed between the optical system and the double mode waveguide, are arranged at positions conjugate with each other with the deflection optical system interposed therebetween. A focus detection device characterized by being provided.
【請求項2】請求項1において、前記照明光学系は、直
線偏光を出射し、 前記偏向光学系は、偏光ビームスプリッタであり、 前記偏向光学系と前記被検物体との間には、1/4波長
板が配置されていることを特徴とする焦点検出装置。
2. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system emits linearly polarized light, the deflection optical system is a polarization beam splitter, and there is 1 between the deflection optical system and the object to be inspected. A focus detection device in which a quarter-wave plate is arranged.
【請求項3】請求項1において、前記照明光学系は、直
線偏光の照明光を出射する光源と、前記照明光を伝搬し
て端面から出射する光ファイバとを有し、 前記照明光学系の出射中心は、前記光ファイバの端面で
あることを特徴とする焦点検出装置。
3. The illumination optical system according to claim 1, further comprising a light source that emits linearly polarized illumination light and an optical fiber that propagates the illumination light and emits the light from an end face. The focus detection device, wherein the emission center is an end face of the optical fiber.
【請求項4】請求項2において、前記集光光学系は、グ
レーティングレンズであり、 前記グレーティングレンズは、前記偏光ビームスプリッ
タに取り付けられ、 前記1/4波長板は、グレーティングレンズと被検物体
との間に配置されていることを特徴とする焦点検出装
置。
4. The condensing optical system according to claim 2, wherein the condensing optical system is a grating lens, the grating lens is attached to the polarization beam splitter, and the ¼ wavelength plate includes a grating lens and an object to be inspected. A focus detection device, which is arranged between the two.
【請求項5】請求項1において、前記対称性検出手段
は、前記ダブルモード導波路を伝搬してきた光を2分岐
する分岐部と、前記分岐部で2分岐された光の強度差を
検出する検出器とを有することを特徴とする焦点検出装
置。
5. The symmetry detection means according to claim 1, wherein the divergence detecting unit detects a difference in intensity between light branched into two and light branched in the double mode waveguide. A focus detection device having a detector.
【請求項6】直線偏光の照明光を出射する照明光学系
と、 前記照明光を集光して被検物体に照射するとともに、そ
の反射光を集光する集光光学系と、 前記反射光の偏光方向を前記照明光の偏光方向とは異な
る方向に変換する偏光方向変換手段と、 前記照明光と反射光とを分離するために、前記照明光お
よび反射光のうち、一方を透過し、他方を屈折させる偏
向光学系と、 前記偏向光学系によって分離された前記反射光を端面か
ら入射させて伝搬するため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強度分布の
対称性を検出するための対称性検出手段とを有し、 前記ダブルモード導波路は、前記集光光学系が集光する
前記反射光が、端面の中心からずれた位置に集光するよ
うに配置され、 前記偏向光学系は、複屈折を利用したプリズムであり、 前記偏光方向変換手段は、前記偏向光学系と被検物体と
の間に配置され、 前記照明光学系は、前記偏向光学系の常光線および異常
光線のうちの一方の偏光方向と一致する直線偏光を出射
し、 前記偏光方向変換手段は、前記偏向光学系の常光線およ
び異常光線のうちの他方の偏光方向と一致する直線偏光
に前記反射光を変換することを特徴とする焦点検出装
置。
6. An illumination optical system that emits linearly polarized illumination light, a condensing optical system that condenses the illumination light and irradiates an object to be inspected, and condenses the reflected light, and the reflected light. A polarization direction conversion means for converting the polarization direction of the illumination light into a direction different from the polarization direction of the illumination light, and in order to separate the illumination light and the reflected light, one of the illumination light and the reflected light is transmitted, A deflection optical system for refracting the other, a double mode waveguide for allowing the reflected light separated by the deflection optical system to enter from an end surface and propagate, and an intensity distribution of the light propagated through the double mode waveguide And a symmetry detection unit for detecting symmetry, wherein the double-mode waveguide is such that the reflected light condensed by the condensing optical system is condensed at a position deviated from the center of the end face. And the deflection optics are Is a prism using folding, the polarization direction conversion means is disposed between the deflection optical system and the object to be inspected, the illumination optical system, one of the ordinary ray and the extraordinary ray of the deflection optical system. The linearly polarized light that coincides with the polarization direction of, and the polarization direction conversion means converts the reflected light into linearly polarized light that coincides with the other polarization direction of the ordinary ray and the extraordinary ray of the deflection optical system. Characteristic focus detection device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007046973A (en) * 2005-08-09 2007-02-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Excitation device and excitation method

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