JP2000074783A - 光学測定方法及び光学測定装置 - Google Patents
光学測定方法及び光学測定装置Info
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- JP2000074783A JP2000074783A JP10250070A JP25007098A JP2000074783A JP 2000074783 A JP2000074783 A JP 2000074783A JP 10250070 A JP10250070 A JP 10250070A JP 25007098 A JP25007098 A JP 25007098A JP 2000074783 A JP2000074783 A JP 2000074783A
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学素子に光を照射し、照射光の光吸収に
よる加熱で生起される光学素子の膨張収縮によって生ず
る音響信号を測定することにより光学素子の光損失の変
動を測定する光学測定装置において、光学基板と、表面
にある光学薄膜または汚染物の光吸収損失の変動とを分
離して評価できる評価装置を提供することにある。 【解決手段】音響信号を周波数成分に分解し、その適当
な周波数成分の強度比較によって光学素子の光学基板の
光吸収損失の変動と、表面にある光学薄膜または汚染物
の光吸収損失の変動と、を分離評価することを可能にし
た。
よる加熱で生起される光学素子の膨張収縮によって生ず
る音響信号を測定することにより光学素子の光損失の変
動を測定する光学測定装置において、光学基板と、表面
にある光学薄膜または汚染物の光吸収損失の変動とを分
離して評価できる評価装置を提供することにある。 【解決手段】音響信号を周波数成分に分解し、その適当
な周波数成分の強度比較によって光学素子の光学基板の
光吸収損失の変動と、表面にある光学薄膜または汚染物
の光吸収損失の変動と、を分離評価することを可能にし
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学部材等測定装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】様々な光応用技術の進展に伴い、光学材
料の性能およびその評価への要求は益々高度化してい
る。近年の傾向としては、可視光に比べ非常に長い、あ
るいは短い波長の光での光学性能に関心が集まっている
ことが挙げられる。特に超短波長の光では、各種エキシ
マレーザなどが微細加工やリソグラフィに用いられ、そ
のための光学素子とその測定評価が不可欠になりつつあ
る。短波長の光では、光子のエネルギーは大きくなり、
物質との相互作用も大きくなるため、一般に光学部材の
劣化、即ち光吸収損失の増大が進みやすくなるとされ、
光学装置における劣化評価は大きな課題となっている。
料の性能およびその評価への要求は益々高度化してい
る。近年の傾向としては、可視光に比べ非常に長い、あ
るいは短い波長の光での光学性能に関心が集まっている
ことが挙げられる。特に超短波長の光では、各種エキシ
マレーザなどが微細加工やリソグラフィに用いられ、そ
のための光学素子とその測定評価が不可欠になりつつあ
る。短波長の光では、光子のエネルギーは大きくなり、
物質との相互作用も大きくなるため、一般に光学部材の
劣化、即ち光吸収損失の増大が進みやすくなるとされ、
光学装置における劣化評価は大きな課題となっている。
【０００３】劣化には、部材構成材料（レンズ硝材、コ
ートなど）そのものの物性変化によるもののほか、部材
への他物質の付着や吸着やこれらの程度が進んだ堆積に
よるもの（汚染）もある。これらの評価は、部材の物性
変化にしても、汚染によるものにしても、従来、目視に
よって判定できるほどの大きな変化（材料の破壊や、く
もりなど）によって検知していることが多く、状態の軽
微な変化を評価することは困難であった。
ートなど）そのものの物性変化によるもののほか、部材
への他物質の付着や吸着やこれらの程度が進んだ堆積に
よるもの（汚染）もある。これらの評価は、部材の物性
変化にしても、汚染によるものにしても、従来、目視に
よって判定できるほどの大きな変化（材料の破壊や、く
もりなど）によって検知していることが多く、状態の軽
微な変化を評価することは困難であった。
【０００４】そこで、光学部材の光吸収損失を高精度で
測定する方法を用い、この光吸収損失の変化を追跡する
ことによって、部材の物性劣化を見たり、雰囲気を制御
したもとでこの測定を行うことにより、汚染（あるいは
洗浄）の過程を見ることができる光音響計測のシステム
が提案された。この技術は特願平９−３５３４１７、等
に開示されている。
測定する方法を用い、この光吸収損失の変化を追跡する
ことによって、部材の物性劣化を見たり、雰囲気を制御
したもとでこの測定を行うことにより、汚染（あるいは
洗浄）の過程を見ることができる光音響計測のシステム
が提案された。この技術は特願平９−３５３４１７、等
に開示されている。
【０００５】これらのシステムでは、部材光吸収損失を
吸収エネルギーの絶対値測定である光音響測定を応用し
て測定している。この方式では、サンプルあるいはその
近傍雰囲気の、断続光の照射による加熱冷却で生じた体
積変化である音響を、マイクロフォンや、サンプルある
いはそのホルダーにとりつけた圧電素子トランスデュー
サなどで、電気信号に変換して検出する。信号の強度あ
るいは位相などの解析により物質の無輻射遷移に関する
さまざまな情報を得ることができるが、音響波の大きさ
は通常熱エネルギー、すなわち光吸収量に比例している
ため、（詳しい理論は例えば論文J.Appl.Phys, vol.47,
No1, pp64. J.Appl.Phys, vol.51,No6,pp3343. Can.J.P
hys,vol.64,pp147 など）一般的にはここから光の吸収
量を算出できる。この方式によれば、微小な光吸収率の
ものであっても、光強度の大きなものを用いることによ
って検出信号量を大きくでき、感度のよい測定が可能に
なる。こうして測定された損失量の指標となる音響信号
の経時変化を観察することにより、部材の物性変化や汚
染（洗浄）の様子をトータルとして知ることができる。
吸収エネルギーの絶対値測定である光音響測定を応用し
て測定している。この方式では、サンプルあるいはその
近傍雰囲気の、断続光の照射による加熱冷却で生じた体
積変化である音響を、マイクロフォンや、サンプルある
いはそのホルダーにとりつけた圧電素子トランスデュー
サなどで、電気信号に変換して検出する。信号の強度あ
るいは位相などの解析により物質の無輻射遷移に関する
さまざまな情報を得ることができるが、音響波の大きさ
は通常熱エネルギー、すなわち光吸収量に比例している
ため、（詳しい理論は例えば論文J.Appl.Phys, vol.47,
No1, pp64. J.Appl.Phys, vol.51,No6,pp3343. Can.J.P
hys,vol.64,pp147 など）一般的にはここから光の吸収
量を算出できる。この方式によれば、微小な光吸収率の
ものであっても、光強度の大きなものを用いることによ
って検出信号量を大きくでき、感度のよい測定が可能に
なる。こうして測定された損失量の指標となる音響信号
の経時変化を観察することにより、部材の物性変化や汚
染（洗浄）の様子をトータルとして知ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、光音
響計測の適用によって、従来目視などの方法によってい
た部材の光吸収損失の変動測定が、精度よくできるよう
になり、基板や光学薄膜の劣化や汚染の初期段階の評価
が可能になった。これら光音響計測システムでは光吸収
損失測定のため、通常は、エキシマレーザなどを被測定
部材である光学素子に照射しながらin-situ で照射によ
る経時変化を追うのが一般的である。被測定光学素子の
基板上には光学薄膜が施されており、変動測定は実質的
にガラスなどの基板と光学薄膜と吸着あるいは付着物
（以下吸着あるいは付着物を汚染物とも呼ぶ）に対して
トータルで行われる形となる。 このような被測定光学
素子に対する光吸収損失の変動測定においては、加速実
験、等のため、強い（光量の大きな）光を照射すること
があり、その場合には、基板そのものが、色中心の発生
などによって光吸収損失を変動させることがある。この
場合、基板表面の光学薄膜や表面汚染物の光吸収損失の
変動が測定目的の場合、正確な測定ができない。また逆
に、基板の光吸収損失の変動が測定目的のとき、光学薄
膜が劣化して光吸収損失を変化させた場合、正確な測定
ができない事態が生ずる。
響計測の適用によって、従来目視などの方法によってい
た部材の光吸収損失の変動測定が、精度よくできるよう
になり、基板や光学薄膜の劣化や汚染の初期段階の評価
が可能になった。これら光音響計測システムでは光吸収
損失測定のため、通常は、エキシマレーザなどを被測定
部材である光学素子に照射しながらin-situ で照射によ
る経時変化を追うのが一般的である。被測定光学素子の
基板上には光学薄膜が施されており、変動測定は実質的
にガラスなどの基板と光学薄膜と吸着あるいは付着物
（以下吸着あるいは付着物を汚染物とも呼ぶ）に対して
トータルで行われる形となる。 このような被測定光学
素子に対する光吸収損失の変動測定においては、加速実
験、等のため、強い（光量の大きな）光を照射すること
があり、その場合には、基板そのものが、色中心の発生
などによって光吸収損失を変動させることがある。この
場合、基板表面の光学薄膜や表面汚染物の光吸収損失の
変動が測定目的の場合、正確な測定ができない。また逆
に、基板の光吸収損失の変動が測定目的のとき、光学薄
膜が劣化して光吸収損失を変化させた場合、正確な測定
ができない事態が生ずる。
【０００７】光音響測定で被測定光学素子に照射される
光の断続的な光照射によって生ずる音響波を、断続照射
される照射光の照射の周波数を変えることによって熱拡
散の条件をかえ、深さ方向の吸収位置を区別して測定す
ることによって、基板と表面に於ける光吸収損失を分離
して評価する方法は考えられる。ただ、非常に短い波長
での測定を意図したシステムなどにおいては、通常高出
力の光源を断続周波数を変化させて照射することは不可
能であるためこのような方法をとることができないた
め、定量的に基板と表面の光吸収損失を分離評価するこ
とは困難である。
光の断続的な光照射によって生ずる音響波を、断続照射
される照射光の照射の周波数を変えることによって熱拡
散の条件をかえ、深さ方向の吸収位置を区別して測定す
ることによって、基板と表面に於ける光吸収損失を分離
して評価する方法は考えられる。ただ、非常に短い波長
での測定を意図したシステムなどにおいては、通常高出
力の光源を断続周波数を変化させて照射することは不可
能であるためこのような方法をとることができないた
め、定量的に基板と表面の光吸収損失を分離評価するこ
とは困難である。
【０００８】本発明の目的は以上の問題点を解決し、基
板の光吸収損失の変動と、表面にある光学薄膜または汚
染物の光吸収損失の変動とを分離して評価できる光学測
定装置を提供することにある。
板の光吸収損失の変動と、表面にある光学薄膜または汚
染物の光吸収損失の変動とを分離して評価できる光学測
定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、発明者は光音響計測の原理に逆上って方法を探求し
た。光音響測定は照射光の光吸収による加熱で生じる材
料の膨張収縮によって生ずる音響信号を測定する。する
と表面の薄膜と内部の基板とでは音響が生じる場所もタ
イミングも異なる。これは検出した音響信号の波形に反
映している筈である。即ち、表面の薄膜を光吸収源とす
る場合と内部の基板を光吸収源とする場合とでは音響信
号の波形が異なるだろう。
め、発明者は光音響計測の原理に逆上って方法を探求し
た。光音響測定は照射光の光吸収による加熱で生じる材
料の膨張収縮によって生ずる音響信号を測定する。する
と表面の薄膜と内部の基板とでは音響が生じる場所もタ
イミングも異なる。これは検出した音響信号の波形に反
映している筈である。即ち、表面の薄膜を光吸収源とす
る場合と内部の基板を光吸収源とする場合とでは音響信
号の波形が異なるだろう。
【００１０】以上の観点で各種被測定光学素子と音響信
号波形の関係を調査した。その結果発明者は表面の光吸
収の変動と基板内部の光吸収の変動とは異なる音響信号
波形を生じさせることを発見し、これらを分離する方法
を見つけた。そのため、本発明では第一に、「固体材料
に光を照射し、照射光の光吸収による加熱で生起される
前記固体材料の膨張収縮によって生ずる音響信号を測定
することにより前記固体材料の光損失の変動を測定する
光学測定方法であって、前記固体材料の表面の光損失の
変動と前記固体材料の内部の光損失の変動とを、前記音
響信号の波形によって分離評価することを特徴とする光
学測定方法（請求項１）」を提供する。
号波形の関係を調査した。その結果発明者は表面の光吸
収の変動と基板内部の光吸収の変動とは異なる音響信号
波形を生じさせることを発見し、これらを分離する方法
を見つけた。そのため、本発明では第一に、「固体材料
に光を照射し、照射光の光吸収による加熱で生起される
前記固体材料の膨張収縮によって生ずる音響信号を測定
することにより前記固体材料の光損失の変動を測定する
光学測定方法であって、前記固体材料の表面の光損失の
変動と前記固体材料の内部の光損失の変動とを、前記音
響信号の波形によって分離評価することを特徴とする光
学測定方法（請求項１）」を提供する。
【００１１】また、第二に、「固体材料に光を照射し、
照射光の光吸収による加熱で生起される前記固体材料の
膨張収縮によって生ずる音響信号を測定することにより
前記固体材料の光損失の変動を測定する光学測定方法で
あって、前記固体材料の表面の光損失の変動と前記固体
材料の内部の光損失の変動とを、前記音響信号の波形を
周波数成分に分解し、その周波数成分の強度比較によっ
て分離評価することを特徴とする光学測定方法（請求項
２）」を提供する。
照射光の光吸収による加熱で生起される前記固体材料の
膨張収縮によって生ずる音響信号を測定することにより
前記固体材料の光損失の変動を測定する光学測定方法で
あって、前記固体材料の表面の光損失の変動と前記固体
材料の内部の光損失の変動とを、前記音響信号の波形を
周波数成分に分解し、その周波数成分の強度比較によっ
て分離評価することを特徴とする光学測定方法（請求項
２）」を提供する。
【００１２】また、第三に、「前記固体材料が光学基板
と前記光学基板上に形成された光学薄膜または表面上の
付着物の何れか一つ以上を有する光学素子であり、前記
固体材料の内部が前記光学基板であり、前記固体材料の
表面が前記光学基板表面上に形成された光学薄膜または
表面上の付着物の何れか一つ以上であることを特徴とす
る請求項１、２何れか１項記載の光学測定方法（請求項
３）」を提供する。
と前記光学基板上に形成された光学薄膜または表面上の
付着物の何れか一つ以上を有する光学素子であり、前記
固体材料の内部が前記光学基板であり、前記固体材料の
表面が前記光学基板表面上に形成された光学薄膜または
表面上の付着物の何れか一つ以上であることを特徴とす
る請求項１、２何れか１項記載の光学測定方法（請求項
３）」を提供する。
【００１３】また、第四に、「前記強度比較を、事前測
定によって得られた既知の周波数成分の大きさの変動を
観察することによって行うことを特徴とする請求項２、
３何れか１項記載の光学測定方法（請求項４）」を提供
する。また、第五に、「請求項１〜４何れか１項記載の
光学測定方法を行う光学測定装置（請求項５）」を提供
する。
定によって得られた既知の周波数成分の大きさの変動を
観察することによって行うことを特徴とする請求項２、
３何れか１項記載の光学測定方法（請求項４）」を提供
する。また、第五に、「請求項１〜４何れか１項記載の
光学測定方法を行う光学測定装置（請求項５）」を提供
する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明にかかる光学測定方法の実
施の形態を以下に説明する。理解の容易性のため限られ
た具体例で説明したが、本発明の方法はこれに限られる
ものではない。図１は本発明を説明する光音響測定シス
テムである。光源１からの光は分岐光路用反射板２を透
過した後、測定サンプル３に照射される。照射される光
量は、分岐光路用反射板２を反射分岐した後、光量モニ
タ６でモニタされ、光照射強度に比例する光照射強度信
号を出力する。
施の形態を以下に説明する。理解の容易性のため限られ
た具体例で説明したが、本発明の方法はこれに限られる
ものではない。図１は本発明を説明する光音響測定シス
テムである。光源１からの光は分岐光路用反射板２を透
過した後、測定サンプル３に照射される。照射される光
量は、分岐光路用反射板２を反射分岐した後、光量モニ
タ６でモニタされ、光照射強度に比例する光照射強度信
号を出力する。
【００１５】測定サンプル３は、ガラス基板上に多層光
学薄膜が形成された光学素子である。測定サンプル３は
音響インピーダンスの小さい材料で作成された（例：ベ
ークライト）サンプルホルダー５にセッティングされて
おり、音響信号検出のための音響検出素子（圧電素子な
ど）４が、音響整合を取るために、適当なマッチング材
料（図示しない）を介して接触されている。出来るだけ
雑音を除いた音響信号３０は、ＦＦＴ、等の周波数分析
装置（図示されない）に送られる。
学薄膜が形成された光学素子である。測定サンプル３は
音響インピーダンスの小さい材料で作成された（例：ベ
ークライト）サンプルホルダー５にセッティングされて
おり、音響信号検出のための音響検出素子（圧電素子な
ど）４が、音響整合を取るために、適当なマッチング材
料（図示しない）を介して接触されている。出来るだけ
雑音を除いた音響信号３０は、ＦＦＴ、等の周波数分析
装置（図示されない）に送られる。
【００１６】サンプルの光吸収量は光照射強度と音響信
号強度の関係から求められる。（通常は、音響信号と、
光吸収量は比例する。）パルスレーザなどでは、一回一
回のパルスの光照射強度のばらつきが大きいため、音響
信号を比較するにあたっては、信号を光照射強度で規格
化した値とすることが望ましい。音響信号（振幅）強度
をＳとし、光照射強度をＩとすると、（これはノイズを
除いた値とする。）Ｓ／Ｉに比例した値をモニタするこ
とにすればよく、照射に伴い変動する光吸収量は、この
値を追跡していけばよい。
号強度の関係から求められる。（通常は、音響信号と、
光吸収量は比例する。）パルスレーザなどでは、一回一
回のパルスの光照射強度のばらつきが大きいため、音響
信号を比較するにあたっては、信号を光照射強度で規格
化した値とすることが望ましい。音響信号（振幅）強度
をＳとし、光照射強度をＩとすると、（これはノイズを
除いた値とする。）Ｓ／Ｉに比例した値をモニタするこ
とにすればよく、照射に伴い変動する光吸収量は、この
値を追跡していけばよい。
【００１７】前述のように、ガラス基板に於ける光吸収
量変動と、表面に於ける光吸収量変動とは、その音響信
号波形に与える影響が異なる。これを分離して別々に評
価するためには以下の方法をとる。先ず、取得された音
響信号（時間軸）を、周波数成分に分解する。これによ
り、雑音成分（高周波に出やすい電磁雑音、低周波にで
やすい機械雑音）が除かれることは言うまでもない。第
一の目的は、波形変動の分離評価を判明しやすくするこ
とにある。
量変動と、表面に於ける光吸収量変動とは、その音響信
号波形に与える影響が異なる。これを分離して別々に評
価するためには以下の方法をとる。先ず、取得された音
響信号（時間軸）を、周波数成分に分解する。これによ
り、雑音成分（高周波に出やすい電磁雑音、低周波にで
やすい機械雑音）が除かれることは言うまでもない。第
一の目的は、波形変動の分離評価を判明しやすくするこ
とにある。
【００１８】発明者は、表面に吸収層を持った測定サン
プルの測定に於いて、光学薄膜の劣化や表面の汚染な
ど、表面に光吸収量の変動があった場合は、計測系（サ
ンプル、ホルダー、圧電検知素子）の共振周波数付近で
あるメインの周波数成分（最大振幅の周波数成分）を指
標とし、この成分の大きさの変化を観察すればよく、ガ
ラス基板の光吸収量の変動があった場合は、このメイン
の周波数成分とは異なる周波数成分の変動が観察される
ことを見つけた。
プルの測定に於いて、光学薄膜の劣化や表面の汚染な
ど、表面に光吸収量の変動があった場合は、計測系（サ
ンプル、ホルダー、圧電検知素子）の共振周波数付近で
あるメインの周波数成分（最大振幅の周波数成分）を指
標とし、この成分の大きさの変化を観察すればよく、ガ
ラス基板の光吸収量の変動があった場合は、このメイン
の周波数成分とは異なる周波数成分の変動が観察される
ことを見つけた。
【００１９】表面の光吸収による周波数成分と、ガラス
基板の光吸収による周波数成分はサンプルの大きさとセ
ッティングが同じであれば、各々再現性があるため、あ
らかじめ大きさの変動が起こる周波数成分を、ガラス基
板、表面の各々に既知の光吸収のある測定サンプルを測
定することに調べておき、その成分の大きさを追跡すれ
ば、ガラス基板、表面それぞれに於ける光吸収量の変動
をモニタすれば良い。
基板の光吸収による周波数成分はサンプルの大きさとセ
ッティングが同じであれば、各々再現性があるため、あ
らかじめ大きさの変動が起こる周波数成分を、ガラス基
板、表面の各々に既知の光吸収のある測定サンプルを測
定することに調べておき、その成分の大きさを追跡すれ
ば、ガラス基板、表面それぞれに於ける光吸収量の変動
をモニタすれば良い。
【００２０】こうすることにより、測定の自動化を容易
に行うことができる。このような方法は、測定サンプル
の光吸収損失の変動が測定サンプルの表面で起こってい
るかガラス基板で起こっているかを容易に判別するのに
有効である。特に本方法は、表面での光吸収損失変動を
測定することが主たる目的の場合に、ガラス基板劣化が
発生しているかどうかを判断をするのに、またガラス基
板の劣化発生のエネルギーを知る上で特に有効である。
に行うことができる。このような方法は、測定サンプル
の光吸収損失の変動が測定サンプルの表面で起こってい
るかガラス基板で起こっているかを容易に判別するのに
有効である。特に本方法は、表面での光吸収損失変動を
測定することが主たる目的の場合に、ガラス基板劣化が
発生しているかどうかを判断をするのに、またガラス基
板の劣化発生のエネルギーを知る上で特に有効である。
【００２１】
【実施例】以下実施例で本発明をより具体的に説明す
る。 ［実施例１］実際に図２に示す全体の測定システムで、
光音響測定を行なった。光源は、ＡｒＦエキシマレーザ
（波長１９３nm）７でパルス幅は約１０nsecのものを用
いている。照射光はズームレンズ( レンズ光学系)8を通
して、測定サンプル１２に集光、照射される。最終的な
測定サンプル12面への集光はスリット９の像を対物レン
ズ１１で結像することで行なわれ、測定サンプル１２面
での照射光の径は約２mmΦである。光学系に挿入したズ
ームレンズ8 によって光強度を調節しており、光強度は
石英ガラス10の反射を用いた分岐光路において、光セン
サ（バイプラナ型光電センサ）17でモニタされている。
る。 ［実施例１］実際に図２に示す全体の測定システムで、
光音響測定を行なった。光源は、ＡｒＦエキシマレーザ
（波長１９３nm）７でパルス幅は約１０nsecのものを用
いている。照射光はズームレンズ( レンズ光学系)8を通
して、測定サンプル１２に集光、照射される。最終的な
測定サンプル12面への集光はスリット９の像を対物レン
ズ１１で結像することで行なわれ、測定サンプル１２面
での照射光の径は約２mmΦである。光学系に挿入したズ
ームレンズ8 によって光強度を調節しており、光強度は
石英ガラス10の反射を用いた分岐光路において、光セン
サ（バイプラナ型光電センサ）17でモニタされている。
【００２２】光音響計測用のホルダーは、図３のよう
に、板状で、Ｖ字型の切れ込みが入ったベークライト製
サンプルホルダ13のＶ字型の切れ込み部分に測定サンプ
ル12を載置し、これをサンプルホルダ13の壁面と測定サ
ンプル押さえ板２７の両側から挟んで固定できるように
作製した。音響信号は、圧電材料であるＰＺＴ（ジルコ
ン酸チタン酸鉛）に、アルミナの受信板を付けた形のセ
ンサ１４で検出する。センサ１４は測定サンプル１２に
真空グリースで固定されている。またサンプルホルダ１
３は各所に防震材であるゴム板２０を配し、できるだけ
他の部分と音響的に切り離すとともに、サンプル以外で
の発生音響を低減している。
に、板状で、Ｖ字型の切れ込みが入ったベークライト製
サンプルホルダ13のＶ字型の切れ込み部分に測定サンプ
ル12を載置し、これをサンプルホルダ13の壁面と測定サ
ンプル押さえ板２７の両側から挟んで固定できるように
作製した。音響信号は、圧電材料であるＰＺＴ（ジルコ
ン酸チタン酸鉛）に、アルミナの受信板を付けた形のセ
ンサ１４で検出する。センサ１４は測定サンプル１２に
真空グリースで固定されている。またサンプルホルダ１
３は各所に防震材であるゴム板２０を配し、できるだけ
他の部分と音響的に切り離すとともに、サンプル以外で
の発生音響を低減している。
【００２３】測定サンプルは光学薄膜を１μｍ以下に形
成した、３０ｍｍΦで厚さ２ｍｍの円形ペレット状の螢
石ガラス基板（測定波長光透過）であり、これをサンプ
ルホルダ１３のＶ字型溝にはめてセットした。こうし
て、セッティングが簡便に行なえ、感度のよい測定が可
能になる。この測定サンプル１２に、ＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３nm）７光の光照射を行ない、ＰＺＴ圧
電素子センサ１４から発生する音響信号を測定した。光
照射パワーとしては音響信号は十分に発生するが、測定
サンプルの薄膜も螢石ガラス基板も両方共に劣化しない
範囲で選んだ。測定サンプル１２の吸収による音響信号
発生は、光照射後約８μｓｅｃであった。音響信号に
は、適当なフィルタリングを行ない、電磁雑音振動雑音
を除く。ＦＦＴ（高速フーリエ変換装置）１６で音響信
号の周波数分析をしたところ、メインの周波数が約１５
０ｋＨＺであった。
成した、３０ｍｍΦで厚さ２ｍｍの円形ペレット状の螢
石ガラス基板（測定波長光透過）であり、これをサンプ
ルホルダ１３のＶ字型溝にはめてセットした。こうし
て、セッティングが簡便に行なえ、感度のよい測定が可
能になる。この測定サンプル１２に、ＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長１９３nm）７光の光照射を行ない、ＰＺＴ圧
電素子センサ１４から発生する音響信号を測定した。光
照射パワーとしては音響信号は十分に発生するが、測定
サンプルの薄膜も螢石ガラス基板も両方共に劣化しない
範囲で選んだ。測定サンプル１２の吸収による音響信号
発生は、光照射後約８μｓｅｃであった。音響信号に
は、適当なフィルタリングを行ない、電磁雑音振動雑音
を除く。ＦＦＴ（高速フーリエ変換装置）１６で音響信
号の周波数分析をしたところ、メインの周波数が約１５
０ｋＨＺであった。
【００２４】同じ測定系で、光照射パワーをやや高め、
パワー一定（２００ｍＪ／ｃｍ2 以上）での照射を、反
射防止として用いられる薄膜光学薄膜サンプル１２に行
い、照射ショット数に対する音響信号（吸収量）の変動
を観察した。図４に見るように、ガラス基板に劣化が起
こらず、光学薄膜のみに劣化が生じた場合は、ＦＦＴ１
６で得られた周波数曲線は、波形は変化せずその大きさ
のみが変化し、メインの周波数成分（６０）の大きさの
変化を追跡することで薄膜の劣化をモニタすることがで
きた。一方、ガラス基板の劣化が生じた場合は、サテラ
イトピークの出現（５０）が観察され、ガラス基板の劣
化即ち光吸収量の増加を十分に検知することが可能であ
った。 ［実施例２］本実施例では、測定サンプル１２をセット
した雰囲気を制御した状態で音響信号を測定することに
よって、測定サンプルへの吸着、付着を検知するシステ
ムにおいての実施を示す。
パワー一定（２００ｍＪ／ｃｍ2 以上）での照射を、反
射防止として用いられる薄膜光学薄膜サンプル１２に行
い、照射ショット数に対する音響信号（吸収量）の変動
を観察した。図４に見るように、ガラス基板に劣化が起
こらず、光学薄膜のみに劣化が生じた場合は、ＦＦＴ１
６で得られた周波数曲線は、波形は変化せずその大きさ
のみが変化し、メインの周波数成分（６０）の大きさの
変化を追跡することで薄膜の劣化をモニタすることがで
きた。一方、ガラス基板の劣化が生じた場合は、サテラ
イトピークの出現（５０）が観察され、ガラス基板の劣
化即ち光吸収量の増加を十分に検知することが可能であ
った。 ［実施例２］本実施例では、測定サンプル１２をセット
した雰囲気を制御した状態で音響信号を測定することに
よって、測定サンプルへの吸着、付着を検知するシステ
ムにおいての実施を示す。
【００２５】実施例１と同様に、測定システム及び測定
サンプル保持は各々図２と図３のものを使うが、更に図
５のような測定サンプル設置セルを用いる点で異なる。
測定サンプル１２およびサンプルホルダ１３は、図５の
ようなステンレス製サンプルセル２１内にセットされ、
サンプルセル２１には、ガス導入孔２８が設けてある。
サンプルセル２１にはガラス製のふたがテフロンシール
を介してセットされる。付着、吸着源としてシリコン系
の接着剤がガラス製ガス源容器２４内に置かれており、
ガス源容器内には接着剤から生じるガスが充満してい
る。ガラス製ガス源容器２４とサンプルセル２１とはテ
フロン製ガス導入管２３を通して連通しており、サンプ
ルセルに、接着剤から生じるガスを、コンプレッサーか
らのキャリアガス２９を用いて送り込む。本例ではキャ
リアガスは清浄空気とし、導入流量を約５ｍｌ／ｓｅｃ
としている。実施例１と同様の測定方法で音響信号の周
波数信号の変化を観察したところ、測定サンプルへの上
記ガスの付着、吸着に伴い、メインの周波数成分（６
０）の大きさに変化が検出され、硝材が劣化した場合に
は他の周波数成分にも上昇が見られること（サテライト
ピークの出現）が確認された。
サンプル保持は各々図２と図３のものを使うが、更に図
５のような測定サンプル設置セルを用いる点で異なる。
測定サンプル１２およびサンプルホルダ１３は、図５の
ようなステンレス製サンプルセル２１内にセットされ、
サンプルセル２１には、ガス導入孔２８が設けてある。
サンプルセル２１にはガラス製のふたがテフロンシール
を介してセットされる。付着、吸着源としてシリコン系
の接着剤がガラス製ガス源容器２４内に置かれており、
ガス源容器内には接着剤から生じるガスが充満してい
る。ガラス製ガス源容器２４とサンプルセル２１とはテ
フロン製ガス導入管２３を通して連通しており、サンプ
ルセルに、接着剤から生じるガスを、コンプレッサーか
らのキャリアガス２９を用いて送り込む。本例ではキャ
リアガスは清浄空気とし、導入流量を約５ｍｌ／ｓｅｃ
としている。実施例１と同様の測定方法で音響信号の周
波数信号の変化を観察したところ、測定サンプルへの上
記ガスの付着、吸着に伴い、メインの周波数成分（６
０）の大きさに変化が検出され、硝材が劣化した場合に
は他の周波数成分にも上昇が見られること（サテライト
ピークの出現）が確認された。
【００２６】即ち、メインの周波数成分の大きさを追跡
することで、測定サンプルの表面の付着、吸着の程度を
知ることができ、サテライトピークの出現で基板の硝材
の劣化が分かった。
することで、測定サンプルの表面の付着、吸着の程度を
知ることができ、サテライトピークの出現で基板の硝材
の劣化が分かった。
【００２７】
【発明の効果】以上の通り、本発明に従えば、光学素子
の光吸収を測定する装置に於いて、光学薄膜や付着物に
よる変動と基板による変動とを分離して評価することが
可能となる。特に、基板上の光学薄膜の光吸収、等の物
性変動や吸着付着を検知するシステムにおいて、基板の
物性変動が起こった場合でも、光学薄膜の光吸収量、等
の物性変動や吸着付着の程度を適切に分離評価すること
が可能になる。
の光吸収を測定する装置に於いて、光学薄膜や付着物に
よる変動と基板による変動とを分離して評価することが
可能となる。特に、基板上の光学薄膜の光吸収、等の物
性変動や吸着付着を検知するシステムにおいて、基板の
物性変動が起こった場合でも、光学薄膜の光吸収量、等
の物性変動や吸着付着の程度を適切に分離評価すること
が可能になる。
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態の光音響測定装
置の概略図を、（ｂ）は音響信号を、（ｃ）は音響信号
の周波数曲線を示す。
置の概略図を、（ｂ）は音響信号を、（ｃ）は音響信号
の周波数曲線を示す。
【図２】は、実施例１、２における測定システムの概略
図である。
図である。
【図３】は、実施例１、２における測定サンプル保持の
概略図である。
概略図である。
【図４】は、薄膜劣化とガラス基板が一緒に劣化してい
る場合の音響信号の周波数曲線の波形変化を示す。
る場合の音響信号の周波数曲線の波形変化を示す。
【図５】は、実施例２における、測定サンプル設置セル
の概略図である。
の概略図である。
１ 光源 ２ 分岐光路用反射板 ３ 測定サンプル ４ 音響検出素子 ５ サンプルホルダー ６ 光量モニタ ７ ＡｒＦエキシマレーザ ８ ズームレンズ（レンズ光学系） ９ スリット １０ 石英ガラス板 １１ 対物レンズ １２ 薄膜サンプル（測定サンプル） １３ サンプルホルダ（ベークライト製） １４ ＰＺＴ圧電素子（アルミナ板付き）センサ １５ ビームトラップ １６ アンプ、ＦＦＴ １７ バイプラナ光電センサ １８ パーソナルコンピュータ １９ レーザ光 ２０ ゴム板 ２１ ステンレス製サンプルセル ２２ 石英窓 ２３ ガス導入管（テフロン製） ２４ ガス源容器（ガラス製） ２５ ガス源 ２６ ガス捕集管 ２７ 測定サンプル押え板 ２８ ガス導入孔 ２９ キャリアガス（空気）供給源 ３０ 音響信号 ４０ 光照射強度信号 ５０ サテライトピークの出現を示す ６０ メイン周波数成分を示す
Claims (5)
- 【請求項１】固体材料に光を照射し、照射光の光吸収に
よる加熱で生起される前記固体材料の膨張収縮によって
生ずる音響信号を測定することにより前記固体材料の光
損失の変動を測定する光学測定方法であって、前記固体
材料の表面の光損失の変動と前記固体材料の内部の光損
失の変動とを、前記音響信号の波形によって分離評価す
ることを特徴とする光学測定方法。 - 【請求項２】固体材料に光を照射し、照射光の光吸収に
よる加熱で生起される前記固体材料の膨張収縮によって
生ずる音響信号を測定することにより前記固体材料の光
損失の変動を測定する光学測定方法であって、前記固体
材料の表面の光損失の変動と前記固体材料の内部の光損
失の変動とを、前記音響信号の波形を周波数成分に分解
し、その周波数成分の強度比較によって分離評価するこ
とを特徴とする光学測定方法。 - 【請求項３】前記固体材料が光学基板と前記光学基板上
に形成された光学薄膜または表面上の付着物の何れか一
つ以上を有する光学素子であり、前記固体材料の内部が
前記光学基板であり、前記固体材料の表面が前記光学基
板表面上に形成された光学薄膜または表面上の付着物の
何れか一つ以上であることを特徴とする請求項１、２何
れか１項記載の光学測定方法。 - 【請求項４】前記強度比較を、事前測定によって得られ
た既知の周波数成分の大きさの変動を観察することによ
って行うことを特徴とする請求項２、３何れか１項記載
の光学測定方法。 - 【請求項５】請求項１〜４何れか１項記載の光学測定方
法を行う光学測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250070A JP2000074783A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 光学測定方法及び光学測定装置 |
| US09/217,332 US6108096A (en) | 1997-12-22 | 1998-12-21 | Light absorption measurement apparatus and methods |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10250070A JP2000074783A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 光学測定方法及び光学測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000074783A true JP2000074783A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17202370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10250070A Pending JP2000074783A (ja) | 1997-12-22 | 1998-09-03 | 光学測定方法及び光学測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000074783A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102175427A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-09-07 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种深紫外光学元件稳定性的综合测试方法 |
| CN102967445A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-13 | 核工业理化工程研究院 | 偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法 |
| CN104458216A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-03-25 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法 |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP10250070A patent/JP2000074783A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102175427A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-09-07 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种深紫外光学元件稳定性的综合测试方法 |
| CN102175427B (zh) * | 2010-12-31 | 2013-06-05 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种深紫外光学元件稳定性的综合测试方法 |
| CN102967445A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-13 | 核工业理化工程研究院 | 偏振分光镜热畸变的测量装置及测量方法 |
| CN104458216A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-03-25 | 工业和信息化部电子第五研究所 | 一种用于检测光学元件弱吸收的装置及方法 |
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