JPH04273048A - 熱膨張振動を用いた試料評価方法 - Google Patents
熱膨張振動を用いた試料評価方法Info
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- JPH04273048A JPH04273048A JP3034316A JP3431691A JPH04273048A JP H04273048 A JPH04273048 A JP H04273048A JP 3034316 A JP3034316 A JP 3034316A JP 3431691 A JP3431691 A JP 3431691A JP H04273048 A JPH04273048 A JP H04273048A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試料に周期的に強度変調
した励起光を照射し，これにより生じる試料表面の熱膨
張振動を測定して試料の欠陥等を評価する試料評価方法
に関する。
した励起光を照射し，これにより生じる試料表面の熱膨
張振動を測定して試料の欠陥等を評価する試料評価方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料に周期的に強度変調した励起光を照
射すると，試料はこの光の吸収により発熱し，これによ
り熱膨張する。照射光は周期的に強度変調しているため
，発熱による試料の温度変化は周期的となり，試料は熱
膨張振動をおこす。これらの熱応答を計測することによ
り試料を評価する手法は光音響計測技術として知られて
いる。図３はマイケルソン型レーザ光干渉法により試料
の熱膨張振動を計測する手法を示したものである（Ｍｉ
ｒａｎｄａ，ＡＰＰＬＩＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ．２
２，Ｎｏ１８，Ｐ２８８２ （１９８３））。ここに６
１は被測定試料，６２は試料に熱膨張振動を与えるため
の励起光源であり，チョッパー６３により励起光源６２
からの光を強度変調し，試料６１に照射する。この熱膨
張振動をレーザ光干渉法により計測する。そのために測
定用レーザ６４からの光を半透鏡６５で二分し，一方を
，試料の熱膨張測定点に，他方を空間的に固定した鏡６
６に照射させ，これらからの反射光を干渉させ光電変換
器６７で受光する。光電変換器６７からの電気出力Ｅは
次式で示される。 Ｅ＝Ｃ１ ＋Ｃ２ ｃｏｓ （Ｐ（ｔ）＋φ）…（１）
ここで，Ｃ１ ，Ｃ２ 及びφは試料６１や干渉計の構
成や光電変換係数等に依存する定数，Ｐ（ｔ）は励起光
照射による熱膨張振動による試料の表面変位による位相
変化であり，この計測により試料の熱膨張振動（位相φ
及び振幅Ｌ）を計測し，試料の熱弾性的性質を評価する
ようになっている。図４は反射率計測法に基づく手法を
示す（特開昭６１−２０４６）。励起レーザ３０からの
光を変調器３２により周期的に強度変調して試料２２に
照射し，試料に周期的温度変化を与える。この温度変化
が試料に光反射率の周期的な変化をもたらす。この反射
率の変化を検出するために測定用レーザ５０を，試料の
温度変化計測点（本図においては励起レーザ照射点と同
位置）にミラー３６を通して照射し，その反射光を光検
出器５６で検出する。この出力から信号処理回路５８に
より，反射率の変化を求めるようになっている。
射すると，試料はこの光の吸収により発熱し，これによ
り熱膨張する。照射光は周期的に強度変調しているため
，発熱による試料の温度変化は周期的となり，試料は熱
膨張振動をおこす。これらの熱応答を計測することによ
り試料を評価する手法は光音響計測技術として知られて
いる。図３はマイケルソン型レーザ光干渉法により試料
の熱膨張振動を計測する手法を示したものである（Ｍｉ
ｒａｎｄａ，ＡＰＰＬＩＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ．２
２，Ｎｏ１８，Ｐ２８８２ （１９８３））。ここに６
１は被測定試料，６２は試料に熱膨張振動を与えるため
の励起光源であり，チョッパー６３により励起光源６２
からの光を強度変調し，試料６１に照射する。この熱膨
張振動をレーザ光干渉法により計測する。そのために測
定用レーザ６４からの光を半透鏡６５で二分し，一方を
，試料の熱膨張測定点に，他方を空間的に固定した鏡６
６に照射させ，これらからの反射光を干渉させ光電変換
器６７で受光する。光電変換器６７からの電気出力Ｅは
次式で示される。 Ｅ＝Ｃ１ ＋Ｃ２ ｃｏｓ （Ｐ（ｔ）＋φ）…（１）
ここで，Ｃ１ ，Ｃ２ 及びφは試料６１や干渉計の構
成や光電変換係数等に依存する定数，Ｐ（ｔ）は励起光
照射による熱膨張振動による試料の表面変位による位相
変化であり，この計測により試料の熱膨張振動（位相φ
及び振幅Ｌ）を計測し，試料の熱弾性的性質を評価する
ようになっている。図４は反射率計測法に基づく手法を
示す（特開昭６１−２０４６）。励起レーザ３０からの
光を変調器３２により周期的に強度変調して試料２２に
照射し，試料に周期的温度変化を与える。この温度変化
が試料に光反射率の周期的な変化をもたらす。この反射
率の変化を検出するために測定用レーザ５０を，試料の
温度変化計測点（本図においては励起レーザ照射点と同
位置）にミラー３６を通して照射し，その反射光を光検
出器５６で検出する。この出力から信号処理回路５８に
より，反射率の変化を求めるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前者のマイケルソン型
レーザ光干渉により試料の熱膨張を計測する手法では，
前記式（１）における定数Ｃ１ ，Ｃ２ の外乱による
変化が測定精度を低下させる。例えば励起光照射による
試料の温度変化およびプラズマ（電子，ホール）密度の
変化（半導体試料の場合）により試料の反射率が変化す
る場合がある。この場合，干渉光の信号は，反射率変化
に伴う外乱信号を含んでいることになり，干渉光の信号
から真の熱膨張信号を計測できない。また前者では，空
気の揺らぎや外乱振動があると，これらは（１）式の位
相項φの変動の原因となる。これが位相項Ｐ（ｔ）の計
測時にノイズとなり，測定精度を低下させる。また，後
者の反射率計測法に基づく手法は，試料の温度変化，プ
ラズマ密度変化の計測であるため，試料の熱膨張率等の
熱弾性的性質を得ることができない。また熱拡散長内の
情報しか得られないため，試料深部を評価できないとい
う欠点がある。更に基本的に温度変化にたいして，反射
率が変化する試料しか適用できない。従って本発明が目
的とするところは，試料の温度変化，プラズマ密度の変
化等による試料の反射率の変化その他の外乱の影響を受
けずに試料の真の熱膨張振動を計測することのできる熱
膨張振動による試料評価方法を提供することである。
レーザ光干渉により試料の熱膨張を計測する手法では，
前記式（１）における定数Ｃ１ ，Ｃ２ の外乱による
変化が測定精度を低下させる。例えば励起光照射による
試料の温度変化およびプラズマ（電子，ホール）密度の
変化（半導体試料の場合）により試料の反射率が変化す
る場合がある。この場合，干渉光の信号は，反射率変化
に伴う外乱信号を含んでいることになり，干渉光の信号
から真の熱膨張信号を計測できない。また前者では，空
気の揺らぎや外乱振動があると，これらは（１）式の位
相項φの変動の原因となる。これが位相項Ｐ（ｔ）の計
測時にノイズとなり，測定精度を低下させる。また，後
者の反射率計測法に基づく手法は，試料の温度変化，プ
ラズマ密度変化の計測であるため，試料の熱膨張率等の
熱弾性的性質を得ることができない。また熱拡散長内の
情報しか得られないため，試料深部を評価できないとい
う欠点がある。更に基本的に温度変化にたいして，反射
率が変化する試料しか適用できない。従って本発明が目
的とするところは，試料の温度変化，プラズマ密度の変
化等による試料の反射率の変化その他の外乱の影響を受
けずに試料の真の熱膨張振動を計測することのできる熱
膨張振動による試料評価方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明は，試料に周期的（周波数：Ｆ）に強度変調
した励起光を照射し，これによって生じる試料表面の熱
膨張振動を測定して試料を評価する方法において，前記
励起光照射によって熱膨張振動を生じる試料表面位置に
，振動周波数Ｆ１ なる測定光（ビーム１）を照射し，
その反射光と振動周波数Ｆ２ なる参照光（ビーム２）
を干渉させ，上記干渉光を光電変換した電気信号Ｅを得
た後，上記電気信号Ｅのビート波信号Ｅ１ （ビート周
波数：Ｆｂ （Ｆｂ ＝Ｆ１ −Ｆ２ ））を取り出し
，上記ビート波信号Ｅ１ を２値化処理して２値信号Ｅ
２ に変換し，上記信号Ｅ２ と周波数Ｆｂ なる局部
発振信号Ｅ３ を乗算した信号Ｖｍ の周波数Ｆの成分
Ｖｓ と，上記信号Ｅ２ に対し位相が９０°異なる信
号Ｅ４ と周波数Ｆｂ なる局部発振信号Ｅ３ を乗算
した信号Ｖｎ の周波数Ｆの成分Ｖｃ とを抽出し，上
記成分Ｖｓ とＶｃ とより試料の熱膨張振動によるビ
ーム１の位相変化Ｐ（ｔ）のみを変数とする出力Ｖｏ
を演算し，このＶｏ により試料を評価することを特徴
とする熱膨張振動を用いた試料評価方法として構成され
ている。
に，本発明は，試料に周期的（周波数：Ｆ）に強度変調
した励起光を照射し，これによって生じる試料表面の熱
膨張振動を測定して試料を評価する方法において，前記
励起光照射によって熱膨張振動を生じる試料表面位置に
，振動周波数Ｆ１ なる測定光（ビーム１）を照射し，
その反射光と振動周波数Ｆ２ なる参照光（ビーム２）
を干渉させ，上記干渉光を光電変換した電気信号Ｅを得
た後，上記電気信号Ｅのビート波信号Ｅ１ （ビート周
波数：Ｆｂ （Ｆｂ ＝Ｆ１ −Ｆ２ ））を取り出し
，上記ビート波信号Ｅ１ を２値化処理して２値信号Ｅ
２ に変換し，上記信号Ｅ２ と周波数Ｆｂ なる局部
発振信号Ｅ３ を乗算した信号Ｖｍ の周波数Ｆの成分
Ｖｓ と，上記信号Ｅ２ に対し位相が９０°異なる信
号Ｅ４ と周波数Ｆｂ なる局部発振信号Ｅ３ を乗算
した信号Ｖｎ の周波数Ｆの成分Ｖｃ とを抽出し，上
記成分Ｖｓ とＶｃ とより試料の熱膨張振動によるビ
ーム１の位相変化Ｐ（ｔ）のみを変数とする出力Ｖｏ
を演算し，このＶｏ により試料を評価することを特徴
とする熱膨張振動を用いた試料評価方法として構成され
ている。
【０００５】
【実施例】続いて図１，図２を参照して本発明を具体化
した実施例につき説明する。ここに図１は一実施例装置
のブロック図，図２は試料の内部欠陥を検出する手法の
概念図である。尚，以下の実施例は本発明を具体化した
一例にすぎず，本発明の技術的範囲を限定する性格のも
のではない。図１に示す如く，試料４に熱膨張振動をあ
たえる励起レーザとして半導体レーザ１が用いられる。 同半導体レーザ１への注入電流の変化により，励起光を
周波数Ｆで強度変調し，ダイクロイックミラー２で反射
させ，レンズ３で集光し，試料４に照射する。試料４は
，この周期的な光照射により，周期的な加熱をうけ，熱
膨張振動をおこす。この熱膨張振動を次に述べるレーザ
光干渉法で計測する。測定用レーザとして，Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ５が用いられる。この出射光を周波数シフター６
により偏光面が互いに直交し周波数差がＦｂ （ビート
周波数）なる測定光（ビーム１：周波数Ｆ１ ）と，参
照光（ビーム２： 周波数Ｆ２ ＝Ｆ１ ＋Ｆｂ ）を
生成する。 これらの光を偏光ビームスプリッタ７により２つに分け
，ビーム１をダイクロイックミラー２を透過させ，レン
ズ３で集光し，試料４に照射し，ビーム２をミラー８に
照射する。ビーム１の試料４からの反射光は，１／４波
長板９を通過後，偏光面が９０°変化するため，偏光ビ
ームスプリッタ７で，今度は反射する。同様にビーム２
のミラー８からの反射光は偏光ビームスプリッタ７を透
過する。これらのレーザ光は直交しているため偏光板１
０を透過させることにより，これらのビームを干渉させ
，この干渉光を光電変換器１１で受光する。光電変換器
１１からの出力Ｅ（電気信号）をフィルタ１２を通し干
渉光におけるビート波信号Ｅ１ を取り出す。このビー
ト波信号Ｅ１ は Ｅ１ ＝Ａｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ
（ｔ）） …（２）で与えられる。ここでＡは試料，
干渉光学系等に依存する係数（（１）式のＣ２ に相当
），Ｐ（ｔ）は試料の熱膨張振動によるビーム１の位相
変化，φ（ｔ）はＰ（ｔ）が零のとき（熱膨張振動がな
いとき）のビーム１，ビーム２間の光路長差による位相
差である。尚，φ（ｔ）は外乱振動等により時間ととも
に変動するが，一般にこの変動の周波数は低周波数（数
十Ｈｚ以下）である。そして，試料の振動の振幅をＬ，
位相をｑとするとＰ（ｔ）は， Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）Ｌｓｉｎ （２πＦｔ＋ｑ
） …（３）で与えられる。前述のように，（２）式
右辺の係数Ａは試料の温度変化，プラズマ密度変化に伴
って変化する試料の反射率に影響されるので，これが変
動する場合，ノイズとなり正確に熱膨張振動を計測する
ことができない。そこで，上記ビート波信号Ｅ１ の値
を零レベル（しきい値）と比較し，Ｅ１ が零レベル以
上ならＥ１ ＝Ｖ，Ｅ１ が零レベル以下ならＥ１ ＝
−Ｖとなるようにコンパレータ１３で２値化による波形
変換を行う。尚，Ｖは予め決定された設定値である。こ
の波形変換後の２値信号Ｅ２ は， Ｅ２ ＝（４Ｖ／π）ｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ
（ｔ）＋φ（ｔ）） ＋（ 高周波成分）
…（４）となる。上記２値信号Ｅ２ は上記係数Ａ
をふくまないため，試料４の温度変化，プラズマ密度変
化に伴って変化する試料の反射率によるノイズに左右さ
れることがない。一般に，光学干渉計は空気の揺らぎや
外乱振動等の影響を受け易くこれがノイズとなり，（２
）式，（４）式における位相φ（ｔ）に時間的変動をも
たらす。従って，φ（ｔ）が変動すると，安定に試料の
熱膨張振動を計測することができない。以下，上記φ（
ｔ）を除去する手法につき説明する。乗算器１５Ａ に
より上記信号Ｅ２ と発振器１６からの周波数Ｆｂ な
る局部発振信号Ｅ３ を乗算する。 Ｅ３ ＝Ｋｃｏｓ （２πＦｂ ｔ） …（５）
ここにＫは定数。 乗算後の信号Ｖｍ は次式（６）で表される。 Ｖｍ ＝Ｒｃｏｓ （Ｐ（ｔ）＋φ（ｔ））
＋Ｒｃｏｓ （４πＦｂ ｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ（ｔ
）） …（６） （Ｒ＝２ＶＫ／π） （６）式では，後段のフィルタリング処理で高周波成分
が除去されることを考慮して，高周波成分の記載を省略
している。次にフィルタ１７Ａ により高周波成分（周
波数２Ｆｂ 帯）を除去した信号ＶｍＬを生成する。こ
こでＰ（ｔ）が小さい（振動振幅が波長λに比べて十分
小さい）とき，ＶｍＬは次式（７）で表される。 ＶｍＬ≒Ｒｃｏｓ （φ（ｔ） −ＲＰ（ｔ）ｓｉｎ （φ（ｔ）） …（７）次に前
記２値信号Ｅ２ に対して位相が９０°異なる信号Ｅ４
Ｅ４ ＝（４Ｖ／π）ｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ
（ｔ）＋φ（ｔ）−π／２） ＋（高周波成
分） …（８）を移相回路１４により生成する。前記
の（６）式の処理と同様に上記Ｅ４ に周波数Ｆｂ な
る局部発振信号Ｅ３ を乗算器１５Ｂ により乗算して
Ｖｎ を得た後，高周波成分（周波数２Ｆｂ 帯）を除
去した信号ＶｎＬをフィルタ１７ｂ により生成する。 Ｐ（ｔ）が小さい時ＶｎＬは次式（９）で表される。 ＶｎＬ≒Ｒｓｉｎ （φ（ｔ）） ＋ＲＰ（ｔ）ｃｏｓ （ φ（ｔ）） …（９）前記
のようにφ（ｔ）は外乱振動等により時間とともに変動
するが、一般にこの変動の周波数は低周波（数十Ｈｚ以
下）である。従って，Ｐ（ｔ）の変化の周波数がφ（ｔ
）の周波数に比べて十分大きいとき，（７），（９）式
において第２項のみをフィルタ１７Ａ ，１７Ｂ によ
り取り出せる。これらの出力ＶＳ ，ＶＣ はＶＳ ＝
−ＲＰ（ｔ）ｓｉｎ （φ（ｔ））ＶＣ ＝ ＲＰ（
ｔ）ｃｏｓ （φ（ｔ）） …（１０）で表される。 （１０）式にはφ（ｔ）が含まれるが適宜の処理により
位相項Ｐ（ｔ）のみを抽出し，試料の熱膨張振動特性を
解析できる。本実施例ではＶＳ，ＶＣ の二乗和を演算
回路１８で求める。その主力ＶＯ はＶＯ ＝（ＲＰ（
ｔ））２ …（１１）となりφ（ｔ）を含まな
い。またＶ０ は２値信号Ｅ２ （又はＥ２ に対して
位相が９０°異なる信号Ｅ４ ）と局部発振信号Ｅ３
より生成されるので外乱振動等によるノイズの影響を受
けずに，安定に振動を検出できる。更にＶＯ には（２
）式における係数Ａも含んでいないため，前述の問題点
で示唆した反射率変動によるノイズの影響を受けずに高
精度で試料の熱膨張振動を計測できる。図２に試料の内
部欠陥の検出方法を示す。即ち，同図は試料の表面に熱
膨張信号を誘起するレーザ光を照射させ，熱膨張振動に
よる歪波を試料の背面あるいは照射点から離れた地点で
検出する構成を示している。この場合，検出される振動
には，弾性波伝搬中の情報（弾性的特性）が含まれてお
り，試料内部の欠陥，表面クラックの等が検出され得る
。前記従来の反射率計測法では，励起光の熱拡散長内の
情報しか得られないため，このような評価を行うことは
できない。
した実施例につき説明する。ここに図１は一実施例装置
のブロック図，図２は試料の内部欠陥を検出する手法の
概念図である。尚，以下の実施例は本発明を具体化した
一例にすぎず，本発明の技術的範囲を限定する性格のも
のではない。図１に示す如く，試料４に熱膨張振動をあ
たえる励起レーザとして半導体レーザ１が用いられる。 同半導体レーザ１への注入電流の変化により，励起光を
周波数Ｆで強度変調し，ダイクロイックミラー２で反射
させ，レンズ３で集光し，試料４に照射する。試料４は
，この周期的な光照射により，周期的な加熱をうけ，熱
膨張振動をおこす。この熱膨張振動を次に述べるレーザ
光干渉法で計測する。測定用レーザとして，Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ５が用いられる。この出射光を周波数シフター６
により偏光面が互いに直交し周波数差がＦｂ （ビート
周波数）なる測定光（ビーム１：周波数Ｆ１ ）と，参
照光（ビーム２： 周波数Ｆ２ ＝Ｆ１ ＋Ｆｂ ）を
生成する。 これらの光を偏光ビームスプリッタ７により２つに分け
，ビーム１をダイクロイックミラー２を透過させ，レン
ズ３で集光し，試料４に照射し，ビーム２をミラー８に
照射する。ビーム１の試料４からの反射光は，１／４波
長板９を通過後，偏光面が９０°変化するため，偏光ビ
ームスプリッタ７で，今度は反射する。同様にビーム２
のミラー８からの反射光は偏光ビームスプリッタ７を透
過する。これらのレーザ光は直交しているため偏光板１
０を透過させることにより，これらのビームを干渉させ
，この干渉光を光電変換器１１で受光する。光電変換器
１１からの出力Ｅ（電気信号）をフィルタ１２を通し干
渉光におけるビート波信号Ｅ１ を取り出す。このビー
ト波信号Ｅ１ は Ｅ１ ＝Ａｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ
（ｔ）） …（２）で与えられる。ここでＡは試料，
干渉光学系等に依存する係数（（１）式のＣ２ に相当
），Ｐ（ｔ）は試料の熱膨張振動によるビーム１の位相
変化，φ（ｔ）はＰ（ｔ）が零のとき（熱膨張振動がな
いとき）のビーム１，ビーム２間の光路長差による位相
差である。尚，φ（ｔ）は外乱振動等により時間ととも
に変動するが，一般にこの変動の周波数は低周波数（数
十Ｈｚ以下）である。そして，試料の振動の振幅をＬ，
位相をｑとするとＰ（ｔ）は， Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）Ｌｓｉｎ （２πＦｔ＋ｑ
） …（３）で与えられる。前述のように，（２）式
右辺の係数Ａは試料の温度変化，プラズマ密度変化に伴
って変化する試料の反射率に影響されるので，これが変
動する場合，ノイズとなり正確に熱膨張振動を計測する
ことができない。そこで，上記ビート波信号Ｅ１ の値
を零レベル（しきい値）と比較し，Ｅ１ が零レベル以
上ならＥ１ ＝Ｖ，Ｅ１ が零レベル以下ならＥ１ ＝
−Ｖとなるようにコンパレータ１３で２値化による波形
変換を行う。尚，Ｖは予め決定された設定値である。こ
の波形変換後の２値信号Ｅ２ は， Ｅ２ ＝（４Ｖ／π）ｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ
（ｔ）＋φ（ｔ）） ＋（ 高周波成分）
…（４）となる。上記２値信号Ｅ２ は上記係数Ａ
をふくまないため，試料４の温度変化，プラズマ密度変
化に伴って変化する試料の反射率によるノイズに左右さ
れることがない。一般に，光学干渉計は空気の揺らぎや
外乱振動等の影響を受け易くこれがノイズとなり，（２
）式，（４）式における位相φ（ｔ）に時間的変動をも
たらす。従って，φ（ｔ）が変動すると，安定に試料の
熱膨張振動を計測することができない。以下，上記φ（
ｔ）を除去する手法につき説明する。乗算器１５Ａ に
より上記信号Ｅ２ と発振器１６からの周波数Ｆｂ な
る局部発振信号Ｅ３ を乗算する。 Ｅ３ ＝Ｋｃｏｓ （２πＦｂ ｔ） …（５）
ここにＫは定数。 乗算後の信号Ｖｍ は次式（６）で表される。 Ｖｍ ＝Ｒｃｏｓ （Ｐ（ｔ）＋φ（ｔ））
＋Ｒｃｏｓ （４πＦｂ ｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ（ｔ
）） …（６） （Ｒ＝２ＶＫ／π） （６）式では，後段のフィルタリング処理で高周波成分
が除去されることを考慮して，高周波成分の記載を省略
している。次にフィルタ１７Ａ により高周波成分（周
波数２Ｆｂ 帯）を除去した信号ＶｍＬを生成する。こ
こでＰ（ｔ）が小さい（振動振幅が波長λに比べて十分
小さい）とき，ＶｍＬは次式（７）で表される。 ＶｍＬ≒Ｒｃｏｓ （φ（ｔ） −ＲＰ（ｔ）ｓｉｎ （φ（ｔ）） …（７）次に前
記２値信号Ｅ２ に対して位相が９０°異なる信号Ｅ４
Ｅ４ ＝（４Ｖ／π）ｃｏｓ （２πＦｂ ｔ＋Ｐ
（ｔ）＋φ（ｔ）−π／２） ＋（高周波成
分） …（８）を移相回路１４により生成する。前記
の（６）式の処理と同様に上記Ｅ４ に周波数Ｆｂ な
る局部発振信号Ｅ３ を乗算器１５Ｂ により乗算して
Ｖｎ を得た後，高周波成分（周波数２Ｆｂ 帯）を除
去した信号ＶｎＬをフィルタ１７ｂ により生成する。 Ｐ（ｔ）が小さい時ＶｎＬは次式（９）で表される。 ＶｎＬ≒Ｒｓｉｎ （φ（ｔ）） ＋ＲＰ（ｔ）ｃｏｓ （ φ（ｔ）） …（９）前記
のようにφ（ｔ）は外乱振動等により時間とともに変動
するが、一般にこの変動の周波数は低周波（数十Ｈｚ以
下）である。従って，Ｐ（ｔ）の変化の周波数がφ（ｔ
）の周波数に比べて十分大きいとき，（７），（９）式
において第２項のみをフィルタ１７Ａ ，１７Ｂ によ
り取り出せる。これらの出力ＶＳ ，ＶＣ はＶＳ ＝
−ＲＰ（ｔ）ｓｉｎ （φ（ｔ））ＶＣ ＝ ＲＰ（
ｔ）ｃｏｓ （φ（ｔ）） …（１０）で表される。 （１０）式にはφ（ｔ）が含まれるが適宜の処理により
位相項Ｐ（ｔ）のみを抽出し，試料の熱膨張振動特性を
解析できる。本実施例ではＶＳ，ＶＣ の二乗和を演算
回路１８で求める。その主力ＶＯ はＶＯ ＝（ＲＰ（
ｔ））２ …（１１）となりφ（ｔ）を含まな
い。またＶ０ は２値信号Ｅ２ （又はＥ２ に対して
位相が９０°異なる信号Ｅ４ ）と局部発振信号Ｅ３
より生成されるので外乱振動等によるノイズの影響を受
けずに，安定に振動を検出できる。更にＶＯ には（２
）式における係数Ａも含んでいないため，前述の問題点
で示唆した反射率変動によるノイズの影響を受けずに高
精度で試料の熱膨張振動を計測できる。図２に試料の内
部欠陥の検出方法を示す。即ち，同図は試料の表面に熱
膨張信号を誘起するレーザ光を照射させ，熱膨張振動に
よる歪波を試料の背面あるいは照射点から離れた地点で
検出する構成を示している。この場合，検出される振動
には，弾性波伝搬中の情報（弾性的特性）が含まれてお
り，試料内部の欠陥，表面クラックの等が検出され得る
。前記従来の反射率計測法では，励起光の熱拡散長内の
情報しか得られないため，このような評価を行うことは
できない。
【０００６】
【発明の効果】本発明は，以上述べたように，試料に周
期的（周波数：Ｆ）に強度変調した励起光を照射し，こ
れによって生じる試料表面の熱膨張振動を測定して試料
を評価する方法において，前記励起光照射によって熱膨
張振動を生じる試料表面位置に，振動周波数Ｆ１ なる
測定光（ビーム１）を照射し，その反射光と振動周波数
Ｆ２ なる参照光（ビーム２）を干渉させ，上記干渉光
を光電変換した電気信号Ｅを得た後，上記電気信号Ｅの
ビート波信号Ｅ１ （ビート周波数：Ｆｂ （Ｆｂ ＝
Ｆ１ −Ｆ２ ））を取り出し，上記ビート波信号Ｅ１
を２値化処理して２値信号Ｅ２ に変換し，上記信号
Ｅ２ と周波数Ｆｂ なる局部発振信号Ｅ３ を乗算し
た信号Ｖｍ の周波数Ｆの成分Ｖｓ と，上記信号Ｅ２
に対し位相が９０°異なる信号Ｅ４ と周波数Ｆｂ
なる局部発振信号Ｅ３ を乗算した信号Ｖｎ の周波数
Ｆの成分Ｖｃ とを抽出し，上記成分Ｖｓ とＶｃ と
より試料の熱膨張振動によるビーム１の位相変化Ｐ（ｔ
）のみを変数とする出力Ｖｏ を演算し，このＶｏ に
より試料を評価することを特徴とする熱膨張振動を用い
た試料評価方法であるから，試料の温度変化又はプラズ
マ密度の変化等に伴う反射率の変化により生じる測定光
の振幅変化の影響や空気の揺らぎ，外乱等による移相項
φがキャンセルされる。それにより，試料の真の熱膨張
振動を計測することができる。
期的（周波数：Ｆ）に強度変調した励起光を照射し，こ
れによって生じる試料表面の熱膨張振動を測定して試料
を評価する方法において，前記励起光照射によって熱膨
張振動を生じる試料表面位置に，振動周波数Ｆ１ なる
測定光（ビーム１）を照射し，その反射光と振動周波数
Ｆ２ なる参照光（ビーム２）を干渉させ，上記干渉光
を光電変換した電気信号Ｅを得た後，上記電気信号Ｅの
ビート波信号Ｅ１ （ビート周波数：Ｆｂ （Ｆｂ ＝
Ｆ１ −Ｆ２ ））を取り出し，上記ビート波信号Ｅ１
を２値化処理して２値信号Ｅ２ に変換し，上記信号
Ｅ２ と周波数Ｆｂ なる局部発振信号Ｅ３ を乗算し
た信号Ｖｍ の周波数Ｆの成分Ｖｓ と，上記信号Ｅ２
に対し位相が９０°異なる信号Ｅ４ と周波数Ｆｂ
なる局部発振信号Ｅ３ を乗算した信号Ｖｎ の周波数
Ｆの成分Ｖｃ とを抽出し，上記成分Ｖｓ とＶｃ と
より試料の熱膨張振動によるビーム１の位相変化Ｐ（ｔ
）のみを変数とする出力Ｖｏ を演算し，このＶｏ に
より試料を評価することを特徴とする熱膨張振動を用い
た試料評価方法であるから，試料の温度変化又はプラズ
マ密度の変化等に伴う反射率の変化により生じる測定光
の振幅変化の影響や空気の揺らぎ，外乱等による移相項
φがキャンセルされる。それにより，試料の真の熱膨張
振動を計測することができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る評価方法の実施に
使用する装置を示すブロック図。
使用する装置を示すブロック図。
【図２】 試料の内部欠陥の検出方法を示す概念図。
【図３】 従来の熱膨張振動を計測する手法の概念図
。
。
【図４】 従来の反射率計測法に基づく試料評価手法
を示す概念図。
を示す概念図。
１…励起レーザ
２…ダイクロイックミラ−
３…レンズ ４…試料
５…測定用レーザ ６…周波数シフ
タ７…偏光ビームスプリッタ ８…参照ミラー ９…１／４波長板 １０…偏光板１１…
光電変換器 １２…フィルタ１３…
コンパレータ １４…移相回路１５Ａ
，１５Ｂ …乗算器 １６…発振器 １７Ａ ，１７Ｂ …フィルタ １８…演算回路
５…測定用レーザ ６…周波数シフ
タ７…偏光ビームスプリッタ ８…参照ミラー ９…１／４波長板 １０…偏光板１１…
光電変換器 １２…フィルタ１３…
コンパレータ １４…移相回路１５Ａ
，１５Ｂ …乗算器 １６…発振器 １７Ａ ，１７Ｂ …フィルタ １８…演算回路
Claims (1)
- 【請求項１】 試料に周期的（周波数：Ｆ）に強度変
調した励起光を照射し，これによって生じる試料表面の
熱膨張振動を測定して試料を評価する方法において，前
記励起光照射によって熱膨張振動を生じる試料表面位置
に，振動周波数Ｆ１ なる測定光（ビーム１）を照射し
，その反射光と振動周波数Ｆ２なる参照光（ビーム２）
を干渉させ，上記干渉光を光電変換した電気信号Ｅを得
た後，上記電気信号Ｅのビート波信号Ｅ１ （ビート周
波数：Ｆｂ （Ｆｂ ＝Ｆ１ −Ｆ２ ））を取り出し
，上記ビート波信号Ｅ１ を２値化処理して２値信号Ｅ
２に変換し，上記信号Ｅ２ と周波数Ｆｂ なる局部発
振信号Ｅ３ を乗算した信号Ｖｍ の周波数Ｆの成分Ｖ
ｓ と，上記信号Ｅ２ に対し位相が９０°異なる信号
Ｅ４ と周波数Ｆｂ なる局部発振信号Ｅ３ を乗算し
た信号Ｖｎの周波数Ｆの成分Ｖｃ とを抽出し，上記成
分Ｖｓ とＶｃ とより試料の熱膨張振動によるビーム
１の位相変化Ｐ（ｔ）のみを変数とする出力Ｖｏ を演
算し，このＶｏ により試料を評価することを特徴とす
る熱膨張振動を用いた試料評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034316A JPH0743354B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 熱膨張振動を用いた試料評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034316A JPH0743354B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 熱膨張振動を用いた試料評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273048A true JPH04273048A (ja) | 1992-09-29 |
| JPH0743354B2 JPH0743354B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=12410760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3034316A Expired - Lifetime JPH0743354B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 熱膨張振動を用いた試料評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743354B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06201619A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Kobe Steel Ltd | 試料の熱物性評価方法及びその装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01227957A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Kobe Steel Ltd | 表面変位検出方法 |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP3034316A patent/JPH0743354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01227957A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Kobe Steel Ltd | 表面変位検出方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06201619A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-07-22 | Kobe Steel Ltd | 試料の熱物性評価方法及びその装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0743354B2 (ja) | 1995-05-15 |
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