JPH03156362A - 光音響信号検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光音響信号（Ｐ　ｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ
Ｅｆｆｅｃｔ）を利用して、試料の表面及び内部情報を
検出する光音響信号検出方法及びその装置並びに半導体
素子内部欠陥検出方法に関する。

〔従来の技術〕

光音響効果は、１８８１年チンダル（Ｔｙｎｄａｌｌ）
、ベル（Ｂｅｌｌ）、レントゲン（Ｒｏｎｔｏｇｅｎ　
）らによって発見された。すなわち、第１０図に示すよ
うに、強度変調した光（断続光）　１９をレンズ５によ
り、試料７上に集光して照射すると、光吸収領域■。。

２１において熱が発生し、熱拡散長μ、２２で与えられ
る熱拡散領域Ｖ、、２３を周期的に拡散し、この熱歪波
によって表面弾性波（超音波）が発生する現京である。

この超音波すなわち光音響信号をマイクロホン（音響電
気変換器）や圧電素子あるいは光干渉計を用いて検出し
、入射光の変調周波数と同期した信号成分を求めること
により、試料の表面及び内部の情報を得ることができる
。上記光音響信号の検出方式に関しては、例えば、文献
「非破壊検査；第３６巻第ｉｏ号、ｐ、　７３０〜ｐ、
７３６　（昭和６２年１０月）」や「アイ・イー・イー
・イー、１９８６ウルトラソニツクス　シンポジウム９
．５１５〜５２６　（１９８６年）（ＩＥＥＥ；１９８
６　ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣ３Ｓ　ＹＭ　Ｐ　ＯＳ　Ｉ　
ＵＭ　−ｐ、５１５〜５２６　（１９８６）　）Ｊ　ニ
おいて論じられている。

即ち光音響信号を例えば光干渉計を用いて検出し、入射
光の変調周波数と同期した変調周波数成分を抽出する。

この周波数成分がその周波数に応じた試料の表面あるい
は内部の情報をもつ、変調周波数を変えることにより、
熱拡散長μ、２１を変えることができ、試料の深さ方向
の情報を得ることができる。熱拡散領域Ｖ、、２３内に
クラック等の欠陥があれば、干渉強度信号中に変調周波
数成分に信号変化が現われ、その存在を知ることができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術は、非接触・非破壊で光音
響信号を検出できる極めて有効な手段であるが、上記従
来技術では、１ｍオーダ以下の微細構造をもつ試料の内
部情報を検出することが難しいという課題を有していた
。

本発明の目的は、光音響画像のぼけを低減し、分解能を
大幅に向上し、試料の内部情報を１ｍオーダ以下の高分
解能で安定に検出できるようにした光ｆｌＦ信号検出方
法及びその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、光源と、該光源か
らの光を所望の周波数で強度変調する変調手段と、該強
度変調された光を試料（例えば半導体素子）上に集光す
る集光手段と、試料内で発生した光音響効果を検出する
検出手段と、該検出信号′から試料の表面及び内部情報
を抽出する情報抽出手段と、試料もしくは光源からの光
を２次元的に走査する走査手段から成る光音響信号検出
装置において、試料の熱的インパルス応答（無限小なる
一点から発生した熱波が試料内部を伝播し、試料表面の
微小変位すなわち光音響信号に変換されるまでの伝達関
数）より光音響画像の分解能劣化を修復する逆フィルタ
を求め、得られた光音響画像に該逆フィルタを作用せし
めることにより、光音響画像の分解能を向上させ、試料
の内部情報を高分解能でかつ安定に検出可能としたもの
である。

また、同様に本発明は、上記光音響信号検出装置におい
て、均−試料中の純熱的インパルス応答（無限小なる一
点から発生した熱波が試料内部を伝播し、試料内部の温
度分布に変換されるまでの伝達関数）及び、熱弾性的イ
ンパルス応答（無限小なる一点の温度変化が試料表面の
微小変位すなわち光音響信号に変換されるまでの伝達関
数）より光音響画像の分解能劣化を修復する逆フィルタ
を求め、得られた光音響画像に該逆フィルタを作用せし
めることにより、光音響画像の分解能を向上させ、試料
の内部情報を高分解能でかつ安定に検出可能としたもの
である。

〔作用〕

ところで光音響信号の横方向分解能と深さ方向分解能は
、光吸収領域■。、２１すなわちレーザ光のスポット径
が、熱拡散領域Ｖ、、２３よりも小さい場合には、熱拡
散長μ、２２で与えられる。このμ、は（１）式で定義
される。

但し、ｋ：試料の熱伝導率 ρ：重密 度：比熱 ｆ：レーザの強度変調周波数 例えば、ｆ＝ｌＯｋＨｚのとき、Ｓｉや＾ｌはμ、〜５
０μＩであり、Ｓｉｎ、はμ、〜５μ園程度である。

すなわち、今、第１１図に示すように、試料７の内部情
報として、試料内部の熱的インピーダンス分布７ａを考
える。励起用のレーザビーム１９の走査（実際にはＸＹ
ステージにより、試料７が移動）に伴い、各ビーム位置
における熱拡散領域２３内に存在する熱的インピーダン
ス分布７ａによって、熱歪波の振幅と位相が変化し、そ
の変化が試料７表面の微小変位３０に現われる。この微
小変位を干渉計のプローブビーム２４で干渉強度信号と
して検出したものが光音響信号である。従って各励起ビ
ームの位置で得られる光音響信号は、熱拡散領域２３内
の熱的インピーダンス情報を積分したものとなる。その
積分された各点の光音響信号でもって、２次元の光音響
画像が構成される。従って得られる光音響画像は、いわ
ゆるぼけた画像となる。第１１図の下のグラフは、熱的
インピーダンス分布７ａの光音響画像ｐ（ｘ、ｙ）のＸ
方向の振幅分布ｐ　（ｘ）を示したものである。熱的イ
ンピーダンス分布７ａのＸ方向の境界部の信号が大きく
平滑化されているのが判る。

熱拡散領域２３を小さくすれば、このぼけは改善される
わけであるが、（１）式に示すように、熱拡散長μ、は
励起用レーザビームに変調周波数ｆと試料７の熱的性質
に依存しており、１ｍオーダ以下の熱拡散長を得るには
、試料によっては数百ＭＨｚの変調周波数を必要とする
ものがある。従って、ロックインアンプの帯域等を考慮
すると、現状ではμｍオーダ以下の微細構造をもつ試料
の内部情報の検出は極めて難しくなる。

そこで、本発明の光音響信号検出装置によれば、試料の
純熱的インパルス応答及び熱弾性的インパルス応答より
、光音響画像の分解能劣化を修復する逆フィルタを求め
、検出された光音響画像に求められた該逆フィルタを作
用せしめることにより、光に響画像の分解能を向上させ
ることができ、試料の内部情報を高分解能でかつ安定に
検出できる。

〔実施例〕

本発明の詳細な説明する前に、その基本原理を、以下説
明する。

実際に検出される光音響画像ｐ（ｘ、ｙ）は（２）式で
与えられる。

起され、検出されるその点 （無限小）における熱的イン ピーダンス情報（＝無限小な る点熱源の集合） ｈ（ｘ、ｙ）　：試料の熱的インパルス応答無限小なる
一点から発生した 熱波が試料内部を伝播し、試 料表面の微小変位すなわち光 音響信号に変換されるまでの 伝達関数 例えば、 但し、 但し、ｑ（ｘ、ｙ）　：理想的な光音響画像試料表面の
点光源によって励 μ、：熱拡散長 一般に、光音響信号は振幅と位相をもった複素数として
得られるので、（２）式を２次元複素フーリエ変換して
、（４）式を得る。

Ｐ（μ、υ）　−Ｆ　［ｐ（ｘ、ｙ））Ｑ（μ、υ）・
Ｈ（μ、υ）（４） 但し、μ、ｖ：ｘ、ｙ方向の空間周波数Ｐ（μ、υ）　
：　ｐ（ｘ、ｙ）のフーリエ変換像Ｑ（μ、υ）　：　
ｑ（ｘ、ｙ）のフーリエ変換像Ｈ（μ、υ）　：　ｈ（
ｘ、ｙ）のフーリエ変換像１　／Ｈ（μ、υ）を逆フィ
ルタとして、（４）式の両辺にかけて、（５）式を得る
。

■ （５）式を２次元逆複素フーリエ変換すれば、最終的に
理想的な光ｇ　９９画＃１　ｑ　（ｘ、ｙ）が得られる
。

ｑ（ｘ、ｙ）＝Ｆ−’　ＣＱ（μ、υ）〕すなわち、試
料の熱的インパルス応答ｈ（ｘ、ｙ）より、逆フィルタ
１／Ｈ（μ、υ）を求め、これを得られた光音春画＃ｐ
（ｘ、ｙ）のフーリエ変換像Ｐ（μ、υ）にかけた後、
逆フーリエ変換すれば、分解能の劣化のない理想的な光
音響画像が得られるわけである。

実施例１ 以下、本発明の第１の実施例を第１図〜第６図に基づい
て説明する。第１図は、本発明の第１の実施例における
光音響検出光学系を示すものである。本光学系は、光音
響効果を生じさせるためのＡｒレーザ（波長０．５１５
μｍ）３１を光源とする変調レーザ照射光学系１３０、
光音響信号を検出するためのマイケルソン干渉光学系１
４０　、ステージ系１５０及び信号処理系１６０から成
る。変調レーザ照射光学系１３０において、Ａｒレーザ
３１から出射した平行光を音響光学変調素子３２により
、所望の周波数で強度変調し、その断続光をビームエキ
スパンダ３３により所望のビーム径に拡大した後、レン
ズ３４によりその後側焦点位置８■に集光させる。集光
位置８１にはピンホール３５が設置されており、第２図
に示すように、集光スポットのピーク部１００の周辺に
存在する高次回折光成分１０１ａ及び１０１ｂを遮光す
る。その結果、ピンホール３５通過直後の光強度分布は
第４図に示すように、　ピーク部１００だけとなる。焦
点位置８１はレンズ３６の前側焦点位置となっているの
で、ピンホール３５通過後の光束は、レンズ３６通過後
平行光となる。この平行光はダイクロイックミラー３７
（波長０．５８μｍ以下は反射、０．６−ｍ以上は透過
）で反射された後、対物レンズ３９によりその前側焦点
位ｉ？ｉ８２に集光され、第３図に示すと同様の光強度
分布をもつスポットとなる。すなわち、レンズ３６の前
側焦点位ｊ１８１と対物レンズ３９の前側焦点位置８２
とは共役であると同時に共焦点の関係にある。

試料７表面の集光スポット位２２８２　（対物レンズ３
９の前側焦点位置）において光音響効果により生じた熱
歪波により、超跨波が発生し、同時に試料７表面に微小
変位が生じる。

マイケルソン干渉光学系１４０において、Ｈｅ　−Ｎｅ
レーザ（波長０．６３３μｍ）５１から出射した円偏光
の平行光をビームエキスパンダ５２により所望のビーム
径に拡大した後、レンズ５３によりその後側焦点位ｊ１
８３に集光させる。焦点位置８３にはピンホール５４が
設置されており、第２図に示すと同様にして、集光スポ
ットのピーク部周辺の高次回折光成分が遮光される。焦
点位Ｆ１８３はレンズ５５の前側焦点位置となっており
、ピンホール５４の通過後の光束はレンズ５５により平
行光となる。この平行光は偏光ビームスプリッタ５６に
よりＰ偏光とＳ偏光に分離される。Ｐ偏光は偏光ビーム
スプリッタ５６を透過し、ダイクロイックミラー３７、
及びλ／４板３板金８過した後、円偏光となり、対物レ
ンズ３９により、試料７上の８２の位ＩＩ（対物レンズ
３９の前側焦点位置）に集光され、第３図に示すと同様
の光強度分布をもつスポットとなる。一方、Ｓ偏光は偏
光ビームスプリッタ５６で反射され、λ／４板５板金８
過した後円偏光となり、参照ミラー５９に入射する。

試料７からの反射光は、試料７表面で生じた微小変位を
位相情報としてもっており、対物レンズ３９、λ／４板
３板金８過した後Ｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ
５６で反射される。参照ミラー５９からの反射光はλ／
４板５板金８過した後Ｐ偏光となり、偏光ビームスプリ
ッタ５６を透過する。第４図の１１０は試料７からの反
射光の偏光方向を、ｉｌｌは参照ミラー５９からの反射
光の偏光方向を示している。

両者は互いに直交しているので、このままでは干渉しな
い、しかし、偏光板６０を光路に挿入し、その偏光方向
を第４図の１１２に示すように４５°方向とすることに
より両反射光は干渉する。この干渉パターンには、試料
７表面で生じた微小変位が光強度情報として含まれてお
り、これをレンズ６１によりその後側焦点位置８４に集
光し、ホトダイオード等の光電変換素子６４で検出する
。また、後側焦点位置８４にピンホール６３を設置する
ことにより、対物レンズ３９内で発生した迷光や試料７
を構成する透明薄膜内で発生した多重干渉成分やあるい
は試料７表面の微小な凹凸により発生した高次回折光成
分を遮光する０以上述べたように、このマイケルソン干
渉光学系１４０において、　レンズ６１の前側焦点位置
８４、対物レンズ３９の前側焦点位１Ｂ２及びレンズ５
３の後側焦点位置８３とは共役であると同時に共焦点の
関係にある。光電変換された干渉強度信号はプリアンプ
６５で増幅された後、ロックインアンプ６７に送られる
。ロックインアンプ６７では、音響光学変調素子３２の
駆動に用いる発振器６６からの変調周波数信号を参照信
号として、干渉強度信号に含まれる変調周波数成分の振
幅と変調周波数信号に対する位相成分が抽出される。こ
の周波数成分と位相成分が変調周波数で定義される熱拡
散領域ｖＬｂ内の情報をもつ、従って、この熱拡散領域
Ｖｔｂ内にクラック等の欠陥や熱的インピーダンスの異
なる領域があれば、干渉強度信号中の変調周波数成分の
振幅と位相が変化し、その存在を知ることができる。

信号処理系１６Ｇの計算機６８では、第５図に示すフロ
ーチャートに従い、検出された光音響画像ｐ（ｘ、　ｙ
）の処理が行なわれる。まず、（３）式に従い、試料の
熱的インパルス応答ｈ（ｘ、ｙ）を計算する。

次に、ＸＹステージ４２の移動信号とロックインアンプ
６７からの出力信号が入力され、２次元の光音四画＠ｐ
（ｘ、ｙ）が構成される。次、ｈ（ｘ、ｙ）及びｐ（ｘ
、ｙ）を各々、２次元複素フーリエ変換し、各々のフー
リエ変換ｆｌｉＲＨ（μ、υ）、Ｐ（μ、υ）を得る。

次に、１／Ｈ（μ、υ）を求めた後、（５）式に基づい
て、試料内部の熱的インピーダンス情報のスペクトル、
すなわち、理想的な光音響画像のフーリエ変換＠Ｑ（μ
、υ）を得る。最終的に、（６）式に基づいて、　Ｑ（
μ、υ）を２次元逆複素フーリエ変換し、理想的な九Ｍ
ｌ！ｆｌｑ（ｘ、ｙ）を得る。　このｑ（ｘ、ｙ）は、
モニタＴＶ６９に表示される。

第６図は、この逆フィルタ１／Ｈ（μ、υ）の効果によ
り、試料内部の熱的インピーダンス分布７ａの理想的な
光音響画像ｑ（ｘ、ｙ）が得られる様子を示したもので
ある。下のグラフは、　ｑ（ｘ、ｙ）のＸ方向の振幅分
布ｑ　（ｘ）を示したものである６第１Ｏ図に示した従
来法によるグラフと比べて、熱的インピーダンス分布７
ａのＸ方向の境界部の信号が鮮明になっているのが判る
。

以上述べたように、本実施例によれば、試料の熱的イン
パルス応答より求めた逆フィルタを、得られた光音響画
像に作用させることにより、光音響画像の分解能の劣化
を修復させることができ、試料の内部情報の高分解能検
出が可能となる。また、変調レーザ照射光学系を共焦点
光学系とすることにより、周辺部に高次回折光成分の存
在しない微小なスポット光を試料上に照射させることが
でき、迷光等によるノイズ成分を低減することができる
。また、マイケルソン干渉計を共焦点光学系とすること
により、迷光や試料上の透明膜内で発生した干渉成分や
、試料表面の微小な凹凸により発生した高次回折光成分
の影響を低減することができ、光「響信号すなわち干渉
強度信号の検出感度及びＳＮ比が向上する。

実施例２ 本発明の第２の実施例を、第７図に基づいて説明する。

第７図は、本発明の第２の実施例における光音響検出光
学系を示すものである０本実施例では、光音響信号の検
出に、マイケルソン干渉計のかわりに、ＰＺＴ素子７３
を用いている。その他の変調レーザ照射光学系１７０、
ステージ系１８０、信号処理系１．９０の機能は、第１
図に示す第１の実施例と全く同様であり、説明を省略す
る。

本実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られ
ると同時に、干渉光学系が不要となるため、光学系全体
がコンパクトになり、安定度が向上する。

実施例３ 本発明の第３の実施例を、第８図及び第９図に基づいて
説明する。尚、本実施例においては、光１１検出光学系
は、第１図に示す第１の実施例の光学系と全く同様であ
るため、その説明は省略する。

第８図は、第３の実施例の基本原理を示す図である。先
の２つの実施例では、試料の内部情報として主に熱的イ
ンピーダンス分布を想定し、また試料を励起するための
レーザ光の変調周波数は一定としていたが、本実施例で
は、試料の内部情報として熱的インピーダンス分布だけ
でなく、弾性的インピーダンス分布をも考慮し、また検
出される光音響画像を変調周波数ｆの関数すなわち試料
の深さ方向の情報を持った関数として扱う。すなわち、
第８図に示すように、試料に入射した励起光が、光熱変
換プロセスを経て点熱源となり、熱拡散領域内をその熱
波が伝播し、ある温度分布ｓ（ｘ、ｙ、ｚ）が形成され
る。この過程を純熱的インパルス応答り、（ｘ、　３’
＋　ｚ）で表し、試料中の熱的インピーダンス分布をｑ
Ｌ（ＸＩ　ｙｔ　Ｚ）で表すと、内部温度分布は近似的
に（７）式で与えられる。

ｓ　（ｘ、ｙ、ｚ）＝／／／　　　ｑ、（ｘ−ξ＋　３
’−’７１　ｚ−（）μ嘗 ・ｈ、（ξｔ’７ｔζ）ｄξｄηｄζ　　（７）但し、
ｑｔ（ｘ、ｙ＋ｚ）　：純熱的インピーダンス分布＝理
想的な光音響画像 り、（ｘ、ｙ、ｚ）　：純熱的インパルス応答無限小な
る一点から発生 した熱波が試料内部を伝 播し、内部温度分布に変 換されるまでの伝達関数 例えば、ｈｔ（ＸｅＬＺ）は（３）式で与えられる。

さらに第８図に従い、この温度分布ｓ　（ｘｔ　ｙｍ　
ｚ）は、弾性的インピーダンス分布ｑ、（ｘ、ｙ、ｚ）
の変調を受け、熱弾性変換により弾性波に変換され、最
終的に試料表面の微小変位すなわち光音響信号に変換さ
れる。この過程を熱弾性的インパルス応答り。

（ｘ＋ｙ＋ｚ）で表すと、光音響信号ｐ（ｘ、ｙ、ｆ）
は（８）式％式％ ） （８） （９） ｑ、（ｘ、ｙ、ｚ）　”弾性的インピーダンス分布＝理
想的な光音響画像 り、ｃｘｔｙｅｚ）　：熱弾性的インパルス応答無限小
なる一点の温度変 化が試料表面の微小変位 すなわち光音響信号に変 換されるまでの伝達関数 一般に、光音響信号は振幅と位相をもった複素数として
得られるので、（７）式、（８）式及び（９）式を３次
元複素フーリエ変換して、（ｌＯ）〜（１２）式を得る
。

Ｓ（／Ａ、１／、？）＝Ｆ　　［ｓ（ｘ、ｙ、ｚ））＝
ＱＬ（μ、シ、了）・Ｈ，（μ、シ、γ）（１０） Ｐ（μ、シ、δ）＝Ｓ、（μ、シ、γ）・Ｈ，（μ、ν
、了）（１１） Ｓ、（μ、シ、γ）＝Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｓ（μ、ν
、γ）（１２） Ｆ〔〕：フーリエ変換を表すオペレータ■：コンポリュ
ーションを表すオペレータ但し、μ、シ、γ：Ｘ＋ｙ＋
ｚ方向の空間周波数δ：Ｚ方向の空間周波数 Ｓ（μ、シ、γ）：　ｓ（ｘ、ｙ、ｚ）のフーリエ変換
像 Ｑ、（μ、シ、γ）　：ｑＬ（ＸＩ　ｙｔ　ｚ）のフー
リエ変換像 Ｈ，（μ、シ、了）：ｈ、（ｘ、ｙ、ｚ）　のフーリエ
変換像 Ｐ（μ、シ、δ）：ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）のフーリエ変換像 ３ｑ（μ、シ、γ）：５ａ（ｘ、ｙ−ｚ）のフーリエ変
換像 Ｈ，（μ、ν、γ＞　：　ｈ、（ｘ　Ｉ　ｙ　ｅ　ｚ）
のフーリエ変換像 Ｑ、（μ、シ、γ）：ｑ、（ｘ、ｙ、ｚ）のフーリエ変
換像 （１０）式及び（１２）式を（１１）式に代入して、（
１３）式を得る。

Ｐ（μ、シ、δ）＝Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｑ、（μ、シ
、γ）・Ｈ，（μ、シ、了）・Ｈ，（μ、シ、γ）（１
３） 従って、ｌ／（Ｈ，（μ、ν、了）・Ｈ，（μ、シ、了
））を逆フィルタとして、（１３）式の両辺にかければ
、（１４）式が得られる。

Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｑ、（μ、シ、γ）＝Ｐ（μ、シ
、δ）・ Ｈ，（μ、シ、γ）・Ｈｏ（μ、シ、γ）（１４） （１４）式を３次元逆複素フーリエ変換すれば、最終的
に熱的インピーダンス分布と弾性的インピーダンス分布
の積、すなわち理想的な光音響画像ｑ、（ｘ、ｙ、ｚ）
・ｑＬ（Ｘ、　ｙ、　ｚ）が得られる。

ｑ・（ｘ＊　３’ｅ　ｚ）　”ｑＬ（ＸＩ　ｙｔ　ｚ）
＝Ｆ−”（Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｑ、（μ、シ、γ）〕
（１５） すなわち、試料の純熱的インパルス応答り、（ｘ。

ｙ、ｚ）及び熱弾性的インパルス応答ｈｓ（Ｘｓ　’Ｉ
ｔ　ｚ）より、逆フィルタ１　／（Ｈ，（μ、シ、γ）
・Ｈ，（μ。

ν、γ））を求め、　これを得られた光音響画像ｐ（ｘ
　、ｙ　＋　ｆ　）のフーリエ変換像Ｐ（μ、シ、δ）
にかけた後、逆フーリエ変換すれば、分解能の劣化のな
い理想的な光音響画像が得られるわけである。

本実施例では、光音響検出光学系の構成及びその機能は
第１の実施例と全く同じであるので、その説明は省略す
る。

信号処理系１６Ｇの計算機６８では、第９図に示すフロ
ーチャートに従い、検出された光音響画像ｐ（ｘ、ｙ、
ｆ）の処理が行われる。まず、試料の様々な熱的及び弾
性的物性定数に基づいて、試料の熱的インパルス応答１
＋、（ｘ、ｙ、ｚ）及び熱弾性的インパルス応答り、（
ｘ、　ｙ、　ｚ）を計算する。次に、変調周波数ｆを走
査しながら、ＸＹステージ４２の移動信号とロックイン
アンプ６７からの出力信号が入力され、３次元の光ｇ　
ｌＦ画像ｐ（ｘ、ｙ、ｆ）が構成される。次に、ｈ、（
ｘ、　ｙ、　ｚ）、ｈ、（ｘ、　ｙ、　ｚ）、及びｐ（
ｘ、ｙ、ｆ）を各々２次元複素フーリエ変換し、各々の
フーリエ変換像Ｈ，（μ、シ、γ）、Ｈ，（μ、ν。

γ）及びＰ（μ、シ、了）を得る。次に逆フィルタ１　
／（Ｈ，（μ、シ、γ）・Ｈ，（μ、シ、γ））を求め
た後、（１４）式に基づいて試料内部の熱的インピーダ
ンス分布と弾性的インピーダンス分布情報の合成スペク
トル、すなわち、理想的な光音響画像のフーリエ変換像
Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｑ、（μ、シ、γ）を得る。最終
的に、（１５）式に基づいて、Ｑ、（μ、シ、γ）■Ｑ
、（μ、シ、γ）を３次元逆複素フーリエ変換し、理想
的な光音響画像ｑ、（ｘ、ｙ、ｚ）・ｑ＋（ｘ、ｙ、ｚ
）を得る。この画像は、モニタＴＶ６９に表示される。

本実施例によれば、第１の実施例と同様、試料の内部情
報の高分解能検出が可能になるという効果が得られると
同時に、内部情報として、熱的インピーダンス分布だけ
でなく、弾性的インピーダンス分布情報の検出が可能に
なる。また、逆フィルタと変調周波数ｆの走査を組合せ
ることにより、深さ方向の検出分解能を向上させること
が可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、試料の熱的インパルス応答及び熱弾性
的インパルス応答より求めた逆フィルタを、得られた光
音響画像に作用させることにより、光ｇ　９１画像の分
解能の劣化を修復させることができ、試料の内部情報の
高分解能検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例における光音響検出光学
系を示す図、第２図はレーザスポットの高次回折光成分
がピンホールにより遮光される様子を示す図、第３図は
ピンホール通過直後の光強度分布を示す図、第４図は偏
光板の偏光方向を示す図、第５図は逆フィルタにより光
音響画像の分解能の劣化を修復するフローチャートを示
す図、第６図は逆フィルタの効果を示す図、第７図は本
発明の第２の実施例における光音響検出光学系を示す図
、第８図は本発明の第３の実施例における基本原理を示
す図、第９図は第３の実施例における逆フィルタにより
光１１　’Ｉ！画像の分解能の劣化を修復するフローチ
ャートを示す図、第１０図は光音響効果の原理を示す図
、第１１図は熱拡散領域中の積分効果により、光音響画
像の分解能が劣化する様子を示す図である。 １、８・・・・・・レーザ ３１．５１−−−　Ｈｅ　−Ｎｅレーザ２．３２・・・
・・・音響光学変調素子１３．６４・・・光電変換素子 ７３・・・・・・・・・ＰＺＴ素子 １６．６７・・・ロックインアンプ １７．６８・・・計筐機 ２３・−・・・・・・・熱拡散領域 ＠１　目 第２−図 第５図 兜４同 ７７２・・偏光板の偏光１５尚 第６図 ２３・・−熱狐散預１ ＋７０ ＋９０ ハヒし一二ｒ゛ 音警ｖＬ羊変調素各 試料 口づつイニノ？・：）つ９ 占士寥凧 ＰＺＴ素与 第 回 光百曾侶号Ｐ（χ五つ ２１−　　光吸収頒漢 ２２−・熱払取長 Ｚ３・−煕孤載頌溪 ４３３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源から得られる光を所望の周波数で強度変調し、
   該強度変調された光を試料上に集光し、試料内部で発生
   した光音響効果を試料の２次元方向にわたつて検出し、
   ２次元光音響画像を構成し、該２次元光音響画像から試
   料の表面及び内部情報を抽出する光音響信号検出方法に
   おいて、試料の熱的インパルス応答より、光音響画像の
   分解能劣化を修復する逆フィルタを求め、得られた光音
   響画像に該逆フィルタを作用せしめることを特徴とする
   光音響信号検出方法。 ２、熱的インパルス応答は、試料内部の一点から発生し
   た熱波が試料内部を伝播し、試料表面の微小変位に変換
   されるまでの伝達関数であることを特徴とする請求項１
   記載の光音響信号検出方法。 ３、光源と、該光源からの光を所望の周波数で強度変調
   する変調手段と、該強度変調された光を試料上に集光す
   る集光手段と、試料内部で発生した光音響効果を試料の
   ２次元方向にわたって検出する検出手段と、２次元光音
   響画像を構成する構成手段と、該２次元光音響画像から
   試料の表面及び内部情報を抽出する情報抽出手段と、試
   料もしくは光源からの光を２次元的に走査する走査手段
   から成る光音響信号検出装置において、試料の熱的イン
   パルス応答を計算する計算手段と、該熱的インパルス応
   答より、光音響画像の分解能劣化を修復する逆フィルタ
   を計算する計算手段と、得られた光音響画像に該逆フィ
   ルタを作用せしめる手段を設けたことを特徴とする光音
   響信号検出装置。 ４、熱的インパルス応答は、試料内部に一点から発生し
   た熱波が試料内部を伝播し、試料表面の微小変位に変換
   されるまでの伝達関数であることを特徴とする請求項３
   記載の光音響信号検出装置。 ５、光源から得られる光を所望の周波数で強度変調し、
   該強度変調された光を試料上に集光し、試料内部で発生
   した光音響効果を試料の２次元方向にわたつて検出し、
   ２次元光音響画像を構成し、該２次元光音響画像から試
   料の表面及び内部情報を抽出する光音響信号検出方法に
   おいて、試料の純熱的インパルス応答及び、熱弾性的イ
   ンパルス応答より、光音響画像の分解能劣化を修復する
   逆フィルタを求め、得られた光音響画像に該逆フィルタ
   を作用せしめることを特徴とする光音響信号検出方法。 ６、純熱的インパルス応答は、試料内部の一点から発生
   した熱波が試料内部を伝播し、試料内部の温度分布に変
   換されるまでの伝達関数であることを特徴とする請求項
   ５記載の光音響信号検出方法。 ７、熱弾性的インパルス応答は、無限小なる一点の温度
   変化が試料表面の微小変位に変換されるまでの伝達関数
   であることを特徴とする請求項５記載の光音響信号検出
   方法。 ８、光源と、該光源からの光を所望の周波数で強度変調
   する変調手段と、該強度変調された光を試料上に集光す
   る集光手段と、試料内部で発生した光音響効果を試料の
   ２次元方向にわたつて検出する検出手段と、２次元光音
   響画像を構成する構成手段と、該２次元光音響画像から
   試料の表面及び内部情報を抽出する情報抽出手段と、試
   料もしくは光源からの光を２次元的に走査する走査手段
   から成る光音響信号検出装置において、試料の純熱的イ
   ンパルス応答を計算する計算手段と、試料の熱弾性的イ
   ンパルス応答を計算する計算手段と、該純熱的インパル
   ス応答及び熱弾性的インパルス応答より、光音響画像の
   分解能劣化を修復する逆フィルタを計算する計算手段と
   、得られた光音響画像に該逆フィルタを作用せしめる手
   段を設けたことを特徴とする光音響信号検出装置。 ９、熱的インパルス応答は、試料内部の一点から発生し
   た熱波が試料内部を伝播し、試料内部の温度分布に変換
   されるまでの伝達関数であることを特徴とする請求項８
   記載の光音響信号検出装置。 １０、熱弾性的インパルス応答は、無限小なる一点の温
   度変化が試料表面の微小変位に変換されるまでの伝達関
   数であることを特徴とする請求項８記載の光音響信号検
   出装置。