JP2002181710A - Fluorescence detecting and measuring instrument - Google Patents

Fluorescence detecting and measuring instrument

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JP2002181710A
JP2002181710A JP2000381363A JP2000381363A JP2002181710A JP 2002181710 A JP2002181710 A JP 2002181710A JP 2000381363 A JP2000381363 A JP 2000381363A JP 2000381363 A JP2000381363 A JP 2000381363A JP 2002181710 A JP2002181710 A JP 2002181710A
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JP
Japan
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sample
fluorescence
laser beam
detection
fluorescence detection
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Hiroshi Yamaguchi
博 山口
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorescence detecting and measuring instreument capable of easily evaluating the internal physical properties of a glass product such as a quartz glass crucible, a photomask or the like, which is difficult to evaluate by a conventional fluorescence detecting and measuring instrument, in a non- destructive manner. SOLUTION: The fluorescence detecting and measuring instreument is equipped with at least a laser oscillator 1 generating laser beam with a wavelength transmittable through a sample, a laser beam source 2 for irradiating the surface of the sample 4 with laser beam, a condenser/detector 3 for condensing fluorescence emitted from the sample irradiated with laser beam to detect the same, and a control unit 6 capable of adjusting and controlling the laser beam source 2 and the condenser/detector 3. Laser beam is allowed to be obliquely incident on the surface of the sample 4, and fluorescence generated from the interior of the sample by incident laser beam is condensed and detected to evaluate the optical physical properties in the depthwise direction of the sample.

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、蛍光検出測定装置
に関し、特に、ガラス製品等の光を透過する固体の内部
の物性評価や構造解析等に好適に用いることができる蛍
光検出測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorescence detection / measurement apparatus, and more particularly to a fluorescence detection / measurement apparatus which can be suitably used for evaluating physical properties and structural analysis of a light-transmitting solid such as a glass product.

【0002】[0002]

【従来の技術】物質中の電子が種々の刺激により、例え
ば、光照射による光量子の吸収により、基底状態から励
起状態に遷移し、再び基底状態にもどるときに光を放出
する現象をルミネッセンスと言う。そして、この放出光
の減衰時間の短いもの(10-9〜10-3sec)、すな
わち、外部からの刺激を除いた後に物質が発する残光の
中で、減衰時間が短い成分に対応する発光を蛍光と呼
ぶ。
2. Description of the Related Art Luminescence is a phenomenon in which electrons in a substance change from a ground state to an excited state due to various stimuli, for example, absorption of photons by light irradiation, and emit light when returning to the ground state again. . The emission light having a short decay time (10 -9 to 10 -3 sec), that is, the luminescence corresponding to the component having a short decay time in the afterglow emitted by the substance after removing the external stimulus. Is called fluorescence.

【0003】レンズ材等の光学材料やフォトマスク材で
は、特定波長の蛍光の発生を抑制することが不可欠であ
るため、蛍光の評価がきわめて重要である。また、石英
るつぼやその他のガラス製品でも、特定の蛍光を評価す
ることにより、材料の品質を評価することができる。例
えば、フォトマスク材では、可視蛍光強度が一定の値を
超えないように規定される場合がある。また、石英るつ
ぼでは、蛍光の評価は、有害な気泡の発生の評価に適用
することができる。
[0003] In optical materials such as lens materials and photomask materials, it is essential to suppress the generation of fluorescence of a specific wavelength, and thus the evaluation of fluorescence is extremely important. In addition, the quality of a material can be evaluated for a quartz crucible and other glass products by evaluating specific fluorescence. For example, in the case of a photomask material, there is a case where the visible fluorescence intensity is defined so as not to exceed a certain value. In the quartz crucible, the evaluation of the fluorescence can be applied to the evaluation of the generation of harmful bubbles.

【0004】これ以外にも、蛍光は、物質中の電子状態
についての重要な手掛かりを与えることが知られてい
る。このため、蛍光の測定は、微量な物質の検出方法と
して、定性あるいは定量分析にも利用されている。従
来、蛍光の評価は、紫外線ランプ等を試料に照射するこ
とによって行われ、目視あるいは分光器で蛍光の発生を
確認していた。
[0004] In addition, fluorescence is known to provide important clues about the electronic state in a substance. For this reason, the measurement of fluorescence is also used for qualitative or quantitative analysis as a method for detecting trace substances. Conventionally, the evaluation of fluorescence has been performed by irradiating a sample with an ultraviolet lamp or the like, and the generation of fluorescence has been confirmed visually or by a spectroscope.

【0005】図6に、Arレーザ光等を試料に投射し、
発生する蛍光を顕微鏡下で分光器を用いて測定する従来
の蛍光検出測定装置の一例を示す。図6において、試料
4に対し、上方で水平方向から投射されたArレーザ光
20はハーフミラー21によって90度下方に方向を変
えられ、対物レンズ22によって、試料4上に集光す
る。投射されたレーザ光によって励起された発光センタ
ーが発する蛍光は、ハーフミラー21を透過し、分光器
23に設けられたピンホールあるいはスリット24aに
結像レンズ26を介して結像する。この蛍光は、分光器
23内に設けられた回折格子25によって回折された
後、ピンホールまたはスリット24bを介して受光素子
27に導かれ、その周波数分布にしたがって素子上に分
布する。この受光素子27上の分布は、制御・解析装置
28によって解析される。なお、制御・解析装置28
は、試料台7の二次元的な移動を制御し、試料4が発生
する蛍光の分布を画像表示するようになされている。
FIG. 6 shows an example in which an Ar laser beam or the like is projected onto a sample.
1 shows an example of a conventional fluorescence detection and measurement device that measures generated fluorescence using a spectroscope under a microscope. In FIG. 6, the Ar laser light 20 projected from above in the horizontal direction on the sample 4 is turned 90 degrees downward by the half mirror 21, and is condensed on the sample 4 by the objective lens 22. The fluorescence emitted by the emission center excited by the projected laser light passes through the half mirror 21 and forms an image on a pinhole or slit 24 a provided in the spectroscope 23 via the imaging lens 26. This fluorescence is diffracted by the diffraction grating 25 provided in the spectroscope 23, then guided to the light receiving element 27 via a pinhole or a slit 24b, and distributed on the element according to the frequency distribution. The distribution on the light receiving element 27 is analyzed by the control / analysis device 28. The control / analysis device 28
Controls the two-dimensional movement of the sample stage 7 and displays an image of the fluorescence distribution generated by the sample 4.

【0006】上記のような分光器あるいは目視による蛍
光評価方法では、試料の表面における情報を得ることは
できるが、試料を破壊せずに、その内部の状態に関する
情報を得ることは困難であった。
With the above-described spectroscope or visual fluorescence evaluation method, information on the surface of the sample can be obtained, but it is difficult to obtain information on the internal state of the sample without destroying the sample. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、石英るつぼ
等の石英材を取り扱う分野においては、非破壊で製品内
部の状態に関する情報まで得ることができる手段が要求
されている。しかしながら、上記のように、従来の目視
での蛍光評価方法では、非破壊での評価が可能ではある
が、蛍光の波長の測定や深さ方向についての評価は困難
であった。また、上記のような分光器を用いた従来の蛍
光検出測定装置による評価では、通常、製品の一部を試
料として切断し、試料室に挿入して測定しなければなら
ないため、非破壊で製品を評価することは困難であっ
た。したがって、いずれにしても、従来の蛍光評価方法
では製品を非破壊で詳細に評価することは困難であっ
た。
By the way, in the field of handling quartz materials such as quartz crucibles, there is a demand for a means capable of nondestructively obtaining information on the internal state of the product. However, as described above, the conventional visual fluorescence evaluation method allows nondestructive evaluation, but it has been difficult to measure the wavelength of the fluorescence and to evaluate the depth direction. In addition, in the evaluation using a conventional fluorescence detection and measurement device using a spectroscope as described above, since it is usually necessary to cut a part of the product as a sample and insert it into the sample chamber for measurement, the product must be nondestructively measured. Was difficult to evaluate. Therefore, in any case, it has been difficult to evaluate products in detail in a nondestructive manner by the conventional fluorescence evaluation method.

【0008】本発明は、上記のような技術的課題を解決
するためになされたものであり、従来の蛍光検出測定装
置では困難であった石英るつぼ、フォトマスク等のガラ
ス製品の内部物性を非破壊で容易に評価することができ
る蛍光検出測定装置を提供することを目的とするもので
ある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned technical problems, and it has been proposed that the internal physical properties of glass products such as quartz crucibles and photomasks, which were difficult with a conventional fluorescence detection and measurement apparatus, can be reduced. It is an object of the present invention to provide a fluorescence detection and measurement device that can be easily evaluated by destruction.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る蛍光検出測
定装置は、試料に透過可能な波長のレーザ光を発生し、
該レーザ光を試料の表面に照射する光源・照射系と、前
記レーザ光が照射された試料から発する蛍光を集光し検
出する集光・検出系と、前記光源・照射系および集光・
検出系を調整制御する制御系とを少なくとも備えている
蛍光検出測定装置において、前記レーザ光を試料表面に
斜めに入射させ、該入射レーザ光によって試料内部より
発する蛍光を集光・検出することにより、試料の深さ方
向の光学物性を評価することを特徴とする。このよう
に、レーザ光を試料面に斜めに入射させ、該入射レーザ
光によって試料内部より発する蛍光を集光し検出する構
成を有する蛍光検出測定装置を用いることにより、石英
るつぼ等のガラス製品の表面から深さ方向への内部構造
等を非破壊で評価することができる。
A fluorescence detection and measurement apparatus according to the present invention generates laser light having a wavelength that can be transmitted through a sample,
A light source / irradiation system that irradiates the surface of the sample with the laser light; a light collection / detection system that collects and detects fluorescence emitted from the sample irradiated with the laser light;
A fluorescence detection and measurement device having at least a control system for adjusting and controlling the detection system, wherein the laser light is obliquely incident on the sample surface, and the fluorescence emitted from the inside of the sample by the incident laser light is collected and detected. It is characterized in that the optical properties of the sample in the depth direction are evaluated. In this way, by using a fluorescence detection and measurement device having a configuration in which laser light is obliquely incident on the sample surface and the fluorescence emitted from the inside of the sample is collected and detected by the incident laser light, glass products such as quartz crucibles can be manufactured. Non-destructive evaluation of the internal structure and the like in the depth direction from the surface can be performed.

【0010】前記蛍光検出測定装置においては、前記光
源・照射系における照射光源と、前記集光・検出系とを
同じ筺体内に収容し、該筺体を試料表面に対して垂直に
上下動させることにより、レーザ光の試料表面から内部
への進入深さを変えるように構成されていることが好ま
しい。このように、レーザ光源と集光・検出系の各機器
とを同一の筺体内に収容配置した態様の測定装置では、
試料を搬送や検査のために自由に位置を移動させること
が困難な大型の物体である場合にも、装置自体を該試料
の表面上に配置させることにより容易に非破壊で該試料
の内部物性を評価することができる。
In the fluorescence detection and measurement apparatus, the irradiation light source in the light source / irradiation system and the light collection / detection system are housed in the same housing, and the housing is vertically moved with respect to the sample surface. Therefore, it is preferable to change the depth of penetration of the laser light from the sample surface into the inside. As described above, in the measuring device in which the laser light source and the respective devices of the light collection / detection system are housed and arranged in the same housing,
Even in the case of a large object in which it is difficult to move the sample freely for transport or inspection, the device itself can be easily non-destructively disposed by arranging it on the surface of the sample. Can be evaluated.

【0011】また、本発明に係る蛍光検出測定装置は、
前記集光・検出系が、ズームレンズと、二次元検出器と
からなること、また、前記制御系が、集光・検出系にお
けるズーム操作と二次元検出器の蛍光検出領域を制御す
る機能を備えていることが好ましい。このように、集光
・検出系を外部から制御することができるズームレンズ
とCCD(電荷結合素子)検出器等の二次元検出器とか
ら構成された態様の装置は、試料内部の任意の深さ位置
から発する蛍光を高精度で検出することができ、かつ、
イメージングとともに光量を定量的に測定することがで
きる。
[0011] The fluorescence detection and measurement apparatus according to the present invention comprises:
The condensing / detecting system includes a zoom lens and a two-dimensional detector, and the control system has a function of controlling a zoom operation in the condensing / detecting system and a fluorescence detection area of the two-dimensional detector. Preferably, it is provided. As described above, the apparatus according to the aspect including the zoom lens capable of externally controlling the light collection / detection system and the two-dimensional detector such as a CCD (Charge Coupled Device) detector has an arbitrary depth inside the sample. Fluorescence emitted from the position can be detected with high accuracy, and
The amount of light can be quantitatively measured together with the imaging.

【0012】さらに、前記集光・検出系が、2段のカラ
ーフィルターを備え、特定波長領域の蛍光を選択的に検
出するように構成されていることが好ましい。このよう
に、集光・検出系に、カットする波長領域がそれぞれ異
なるカラーフィルターを2段に組み合わせた2段カラー
フィルターを備えた態様の装置は、特定波長の蛍光を選
択的に検出し、測定することができ、試料中に存在する
特定不純物の検出や定量、さらには、深さ方向でのその
分布状態の測定評価に好適である。
Further, it is preferable that the condensing / detecting system includes a two-stage color filter and is configured to selectively detect fluorescence in a specific wavelength region. As described above, the apparatus of the embodiment including the two-stage color filter in which the color filters each having a different wavelength region to be cut are combined in two stages in the light collection / detection system selectively detects the fluorescence of the specific wavelength and performs measurement. This method is suitable for detecting and quantifying a specific impurity present in a sample, and for measuring and evaluating its distribution in the depth direction.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蛍光検出測定
装置の構成と特徴について、図面を参照してより詳細に
説明する。図1は、本発明に係る蛍光検出測定装置の一
例を示す概略構成図である。図1に示すように、レーザ
発振器1に接続されたレーザ光源2は、集光・検出器3
に固定されている。前記レーザ光源2は、前記集光・検
出器3によって、X−Y−Z軸(縦・横・高さ)方向の
移動および試料へのレーザ光の入射角度を変えることが
できるように構成されており、試料4の表面の照射位置
と照射角度を調整することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration and features of a fluorescence detection and measurement apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of the fluorescence detection and measurement device according to the present invention. As shown in FIG. 1, a laser light source 2 connected to a laser oscillator 1
Fixed to. The laser light source 2 is configured to be able to move in the XYZ axis (vertical / horizontal / height) direction and change the incident angle of the laser light on the sample by the condensing / detecting device 3. Thus, the irradiation position and the irradiation angle on the surface of the sample 4 can be adjusted.

【0014】測定対象となる試料4と前記集光・検出器
3との間には、フィルター5が設置される。該フィルタ
ー5は、2段のカラーフィルターにより構成され、カッ
トする波長領域が異なるカラーフィルターを組み合わせ
ることにより、測定する波長領域を選択することができ
る。
A filter 5 is provided between the sample 4 to be measured and the condenser / detector 3. The filter 5 is composed of two-stage color filters, and a wavelength region to be measured can be selected by combining color filters having different wavelength regions to be cut.

【0015】集光器3aはズームレンズで、ズーム操作
は外部から制御することができるように構成されてい
る。検出器3bはCCD(電荷結合素子)検出器等の二
次元検出器であり、イメージングとともに光量測定を行
うことができる機構を備えている。前記集光・検出器3
には、その上下動および集光器3aのズーム操作、検出
波長領域の設定、発光・蛍光の光量測定を行う制御装置
6が接続されている。この制御装置6は、特に、集光器
のズーム操作と二次元検出器の蛍光検出領域を制御する
機能を備え、試料4の蛍光検出領域の絞り込みを自動制
御することができるように構成されていることが好まし
い。
The condenser 3a is a zoom lens, and the zoom operation can be controlled from the outside. The detector 3b is a two-dimensional detector such as a CCD (Charge Coupled Device) detector, and has a mechanism capable of performing light quantity measurement together with imaging. The condensing / detecting device 3
Is connected to a control device 6 for performing the vertical movement, the zoom operation of the condenser 3a, the setting of the detection wavelength region, and the measurement of the amount of light emission / fluorescence. The control device 6 has a function of controlling the zoom operation of the condenser and the fluorescence detection area of the two-dimensional detector, and is configured to be able to automatically control the narrowing of the fluorescence detection area of the sample 4. Is preferred.

【0016】また、例えば、図2〜図4に示すように、
集光・検出器3は、歯車9aを介して、スタンド8(図
2、3)または外囲器(筺体)12(図4)に対して上
下動可能であるように構成される。さらに、ステップモ
ータ(図示せず)等の外部から自動的に上下動させる機
構を付加することにより、試料4の内部の任意の位置に
焦点を合わせることができる。
For example, as shown in FIGS.
The condenser / detector 3 is configured to be vertically movable with respect to a stand 8 (FIGS. 2 and 3) or an enclosure (housing) 12 (FIG. 4) via a gear 9a. Further, by adding a mechanism such as a stepping motor (not shown) for automatically moving up and down from the outside, it is possible to focus on an arbitrary position inside the sample 4.

【0017】本発明において、検出器3bは、特に限定
されるものではないが、二次元検出器であることが好ま
しい。好適な二次元検出器としては、光電子増倍管、フ
ォトダイオードアレイ、CCD等の検出器を挙げること
ができ、これらのうち、CCDが最も好適である。検出
器として二次元検出器を用いることにより、イメージン
グ、光量測定等が可能であるだけでなく、測定対象であ
る試料からの発光・蛍光分布像をより正確に捉えること
ができる。
In the present invention, the detector 3b is not particularly limited, but is preferably a two-dimensional detector. Suitable two-dimensional detectors include detectors such as photomultiplier tubes, photodiode arrays, and CCDs, among which CCD is the most preferable. By using a two-dimensional detector as a detector, not only imaging, light quantity measurement and the like can be performed, but also a luminescence / fluorescence distribution image from a sample to be measured can be more accurately captured.

【0018】本発明においては、測定対象となる試料4
は、必ずしもこれに限定されるものではないが、主とし
て、レンズ材、フォトマスク、石英るつぼ等の石英ガラ
ス材を含むガラス製品を対象とする。
In the present invention, the sample 4 to be measured is
Is mainly, but not exclusively, intended for glass products including quartz glass materials such as lens materials, photomasks and quartz crucibles.

【0019】また、レーザ発振器1から発する照射レー
ザ光としては、試料に応じた波長のレーザ光を発する発
振器を任意に選択して用いることができるが、試料が石
英ガラス製品の場合、主として、Arレーザ発振器が使
用される。
As the irradiation laser light emitted from the laser oscillator 1, any oscillator that emits laser light having a wavelength corresponding to the sample can be arbitrarily selected and used. A laser oscillator is used.

【0020】本発明に係る蛍光検出測定装置は、基本的
には、図2に示したように、顕微鏡と同様の構造の方式
により使用される。すなわち、集光・検出器3および試
料台7とが、歯車9aおよび9bを介して、それぞれ別
個に上下動可能であるようにスタンド8に取付けられた
状態で蛍光検出を行う。
The fluorescence detection / measurement apparatus according to the present invention is basically used by a method having the same structure as a microscope, as shown in FIG. That is, fluorescence detection is performed in a state where the condenser / detector 3 and the sample stage 7 are attached to the stand 8 via the gears 9a and 9b so that they can move up and down independently.

【0021】また、製造工程での試験や大型試料の測定
等では、例えば、図3に示したように、集光・検出器3
が、スタンド8から張出されたアーム11に、歯車9a
を介して取付けられ、テーブル10上に載置された試料
4の上方に位置するようにされた状態で検出測定を行う
ことも可能である。
In a test in a manufacturing process or a measurement of a large sample, for example, as shown in FIG.
Is attached to the arm 11 extended from the stand 8,
It is also possible to perform detection and measurement in a state where it is mounted above the sample 4 and is located above the sample 4 placed on the table 10.

【0022】さらにまた、本発明に係る蛍光検出測定装
置は、図4に例示したように、各系の機器を小型に形成
し、かつ、これらをコンパクトに、筺状の外囲器12内
に配設、収容することにより、小型軽量で持ち運び容易
な態様とすることもできる。この態様の装置は、試料4
が大型である場合、図4に示したように、試料4上に載
せて使用することができ、移動が容易でない大型試料の
測定用に、特に好適である。
Further, in the fluorescence detection and measurement apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 4, the devices of each system are formed in a small size, and these are compactly housed in a casing-shaped envelope 12. By arranging and housing, a mode that is small and lightweight and easy to carry can also be provided. The device of this embodiment has a sample 4
Is large, it can be used mounted on the sample 4 as shown in FIG. 4, and is particularly suitable for measuring a large sample that is not easily moved.

【0023】次に、本発明に係る上記装置を用いて試料
の表面から深さ方向の蛍光を測定する方法について説明
する。まず、集光・検出器3とレーザ光源2の位置およ
びレーザ照射角度を調整して、試料4表面のレーザ光が
照射されている位置が、検出器3bにおいて中心に捕え
られるように、かつ、焦点を結ぶようにする。この調整
は、CCD検出器によるビデオ映像で容易に行うことが
できる。次に、集光・検出器3とレーザ光の照射位置を
下げて、試料内にレーザ光が入射された状態でピント合
わせを行う。ピント合わせは、レーザ光源2の角度また
はZ軸(高さ)方向の位置を調整することにより行う。
そして、測定対象となる試料4の表面からの深さ、要求
される検出感度および深さ方向の精度すなわち解像度に
基づき、検出領域とズーム倍率を最適値に設定する。こ
の操作も、ビデオ映像でレーザ光線の位置を確認しなが
ら行う。
Next, a method for measuring the fluorescence in the depth direction from the surface of the sample using the above-described apparatus according to the present invention will be described. First, the positions of the condenser / detector 3 and the laser light source 2 and the laser irradiation angle are adjusted so that the position of the surface of the sample 4 where the laser light is irradiated is captured by the detector 3b at the center, and Be focused. This adjustment can be easily performed on the video image by the CCD detector. Next, the focusing position and the irradiation position of the laser beam with the detector 3 are lowered, and focusing is performed with the laser beam incident on the sample. Focusing is performed by adjusting the angle of the laser light source 2 or the position in the Z-axis (height) direction.
Then, based on the depth from the surface of the sample 4 to be measured, the required detection sensitivity, and the accuracy in the depth direction, that is, the resolution, the detection area and the zoom magnification are set to optimal values. This operation is also performed while confirming the position of the laser beam on the video image.

【0024】深さ方向の解像度ΔDは、レーザ光線の入
射角度をθ、ズーム倍率をM、CCDでの検出領域をレ
ーザの入射方向でLと設定した場合、次式により求める
ことができる。 ΔD=L/(M・tanθ)
The resolution ΔD in the depth direction can be obtained by the following equation when the incident angle of the laser beam is set to θ, the zoom magnification is set to M, and the detection area on the CCD is set to L in the laser incident direction. ΔD = L / (M · tan θ)

【0025】次に、測定する発光または蛍光の波長を2
段組合わせフィルター5により設定する。フィルター
は、そのいずれかが反射してくるレーザ光線を完全にカ
ットすることができるものを選択する。
Next, the emission or fluorescence wavelength to be measured is set to 2
It is set by the stage combination filter 5. The filter is selected so that any one of them can completely cut off the reflected laser beam.

【0026】以後、集光・検出器3を徐々に降下させ
る。CCD検出器で光量を測定することにより、試料の
深さ方向の発光または蛍光の検出測定が可能になる。
Thereafter, the condenser / detector 3 is gradually lowered. By measuring the amount of light with a CCD detector, it is possible to detect and measure the emission or fluorescence in the depth direction of the sample.

【0027】なお、試料表面の凹凸や屈折率の変化によ
り位置がずれる場合がある。また、試料内でのレーザ光
の軌跡が明瞭でない場合もある。このような場合は、レ
ーザ光の照射角度を調整し、二次元検出器の光量が最大
になるようにすることにより、焦点合わせを行うことが
できる。
Incidentally, the position may be shifted due to unevenness of the sample surface or a change in the refractive index. Also, the locus of the laser light in the sample may not be clear. In such a case, focusing can be performed by adjusting the irradiation angle of the laser beam so that the light amount of the two-dimensional detector is maximized.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。試料としては、酸素過剰雰囲気下で合成
された、大きさ200mm×200mm、厚さ10mm
の板状石英ガラスを用いた。この合成石英ガラスは、紫
外線等の照射により、過剰酸素または非架橋酸素ホール
の存在に基づく波長650nmの赤色蛍光を発するもの
である。この合成石英ガラス板試料の表面を水素ガス気
流中で加熱し、試料表面およびその深さ方向近傍の過剰
酸素や非架橋酸素を減少させ、表面付近では蛍光発生が
見られない状態とした。したがって、この試料の深さ方
向の蛍光発生状態を見ることにより、すなわち、深さ方
向の蛍光強度変化を測定することにより、水素が試料の
どの深さまで浸透し、過剰酸素を除去しているかを非破
壊で判定することができる。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to the following examples. As a sample, a size of 200 mm × 200 mm and a thickness of 10 mm synthesized under an oxygen excess atmosphere
Was used. This synthetic quartz glass emits red fluorescence having a wavelength of 650 nm based on the presence of excess oxygen or non-crosslinked oxygen holes when irradiated with ultraviolet light or the like. The surface of this synthetic quartz glass plate sample was heated in a stream of hydrogen gas to reduce excess oxygen and non-crosslinked oxygen near the sample surface and its depth direction, so that no fluorescence was observed near the surface. Therefore, by observing the fluorescence generation state in the depth direction of this sample, that is, by measuring the change in the fluorescence intensity in the depth direction, it is possible to determine at which depth of the sample hydrogen has penetrated to remove excess oxygen. It can be determined non-destructively.

【0029】測定に用いたレーザ光源は、Arイオンレ
ーザであり、波長488nmの波長バンドを選択し、こ
れ以外の発振線はバンドパスフィルターによりカットし
た。レーザ発振器に光ファイバーを接続してレーザ光を
導入し、その自由端を集光・検出器に付属する4軸アク
チュエータに固定した。レーザ光線の試料への照射位置
が、CCDカメラにより観察して、中央になるように調
整した後、集光・検出器を降下させ、レーザ光を試料の
内部に進入させ、焦点合わせを行った。なお、CCD
は、素子数が256×256、受光面積が12×12m
mの高感度タイプで、デジタル測光により測定領域の設
定が可能であるものを用いた。レーザ光の入射角度は3
0°とし、ズーム倍率を200倍、CCD検出エリアを
6mmとした。このときの深さ方向の解像度は、 ΔD=L/(M・tan θ)=6/(100×0.58)
=0.0258 となり、約25μmである。
The laser light source used for the measurement was an Ar ion laser, a wavelength band of 488 nm was selected, and the other oscillation lines were cut by a band-pass filter. An optical fiber was connected to a laser oscillator to introduce laser light, and its free end was fixed to a four-axis actuator attached to a condenser / detector. The irradiation position of the laser beam on the sample was observed with a CCD camera and adjusted so that it was at the center. Then, the condenser / detector was lowered, and the laser beam was allowed to enter the inside of the sample to perform focusing. . In addition, CCD
Has 256 × 256 elements and a light receiving area of 12 × 12 m
A high-sensitivity type m whose measurement area can be set by digital photometry was used. The incident angle of the laser beam is 3
0 °, the zoom magnification was 200 times, and the CCD detection area was 6 mm. The resolution in the depth direction at this time is: ΔD = L / (M · tan θ) = 6 / (100 × 0.58)
= 0.0258, which is about 25 μm.

【0030】フィルターによる蛍光波長選択には、ま
ず、ノッチフィルターにて488nmのArレーザライ
ンを除去した後、600nmより短波長をカットする色
ガラスフィルターおよび700nmより長波長をカット
する色ガラスフィルターの2枚の組合わせを用いて、6
00〜700nmの波長領域のレーザ光を透過させた。
徐々に集光・検出器を降下させ、表面から内部に向けて
650nmに中心を有する蛍光の強度を測定した。な
お、測定は暗所で行った。得られた試料深さ方向の蛍光
強度測定結果を図5に示す。
In order to select the fluorescence wavelength by a filter, first, a 488 nm Ar laser line is removed by a notch filter, and then a color glass filter that cuts a wavelength shorter than 600 nm and a color glass filter that cuts a wavelength longer than 700 nm. Using a combination of 6 sheets,
Laser light in the wavelength range of 00 to 700 nm was transmitted.
The condenser / detector was gradually lowered, and the intensity of fluorescence having a center at 650 nm was measured from the surface toward the inside. The measurement was performed in a dark place. FIG. 5 shows the obtained fluorescence intensity measurement results in the sample depth direction.

【0031】図5から、試料の蛍光強度は表面より深さ
2mmまで低くなっており、水素中での加熱により同深
さまで過剰酸素が除去されたことがわかる。
FIG. 5 shows that the fluorescence intensity of the sample was lower than the surface to a depth of 2 mm, and that excess oxygen was removed to the same depth by heating in hydrogen.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明に係る蛍光検出測定装置を用いる
ことにより、従来困難であったガラス製品等の非破壊で
の深さ方向の発光、蛍光の測定・評価が可能となった。
このため、蛍光検出測定装置を製品の光学物性の評価手
段として使用することができ、光学製品等の製造に極め
て有効に活用することができる。さらに、本発明に係る
蛍光検出測定装置は、取扱い・操作が規格化できるとと
もに自動化が可能であるため、特殊な測定技術を要求さ
れることなく、容易に操作することができる。
By using the fluorescence detection and measurement apparatus according to the present invention, it has become possible to measure and evaluate non-destructive light emission and fluorescence in the depth direction of glass products and the like, which were difficult in the past.
For this reason, the fluorescence detection / measurement device can be used as a means for evaluating the optical properties of a product, and can be used very effectively in the manufacture of optical products and the like. Further, since the fluorescence detection and measurement device according to the present invention can be standardized in handling and operation and can be automated, it can be easily operated without requiring a special measurement technique.

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

【図1】本発明に係る蛍光検出測定装置の一例を示す概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a fluorescence detection and measurement device according to the present invention.

【図2】本発明に係る蛍光検出測定装置の使用態様の一
例を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a usage mode of the fluorescence detection and measurement device according to the present invention.

【図3】本発明に係る蛍光検出測定装置の使用態様の他
の一例を示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another example of a usage mode of the fluorescence detection and measurement device according to the present invention.

【図4】測定機器類を筺体内に収容した態様の本発明に
係る蛍光検出測定装置を示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a fluorescence detection / measurement device according to the present invention in a mode in which measurement instruments are housed in a housing.

【図5】実施例における石英ガラス板試料の深さ方向の
蛍光強度測定データを示した線図である。
FIG. 5 is a diagram showing fluorescence intensity measurement data in a depth direction of a quartz glass plate sample in an example.

【図6】従来の蛍光検出測定装置の一例を示す概略構成
図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional fluorescence detection and measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 2 レーザ光源 3 集光・検出器 3a 集光器 3b 検出器 4 試料 5 フィルター 6 制御装置 7 試料台 8 スタンド 9a、9b 歯車 10 テーブル 11 アーム 12 外囲器(筺体) 20 Arレーザ光 21 ハーフミラー 22 対物レンズ 23 分光器 24a、24b ピンホールまたはスリット 25 回折格子 26 結像レンズ 27 受光素子 28 制御・解析装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Laser light source 3 Condenser / detector 3a Condenser 3b Detector 4 Sample 5 Filter 6 Control device 7 Sample stand 8 Stand 9a, 9b Gear 10 Table 11 Arm 12 Enclosure (housing) 20 Ar laser light DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Half mirror 22 Objective lens 23 Spectroscope 24a, 24b Pinhole or slit 25 Diffraction grating 26 Imaging lens 27 Light receiving element 28 Control / analysis apparatus

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料に透過可能な波長のレーザ光を発生
し、該レーザ光を試料の表面に照射する光源・照射系
と、前記レーザ光が照射された試料から発する蛍光を集
光し検出する集光・検出系と、前記光源・照射系および
集光・検出系を調整制御する制御系とを少なくとも備え
ている蛍光検出測定装置において、前記レーザ光を試料
表面に斜めに入射させ、該入射レーザ光によって試料内
部より発する蛍光を集光・検出することにより、試料の
深さ方向の光学物性を評価することを特徴とする蛍光検
出測定装置。
1. A light source / irradiation system for generating a laser beam having a wavelength that can be transmitted through a sample and irradiating the surface of the sample with the laser beam, and collecting and detecting fluorescence emitted from the sample irradiated with the laser beam. A condensing / detection system, and a fluorescence detection / measurement device including at least a control system for adjusting and controlling the light source / irradiation system and the condensing / detection system. A fluorescence detection / measuring device characterized by evaluating the optical properties in the depth direction of a sample by condensing and detecting fluorescence emitted from the inside of the sample by incident laser light.
【請求項2】 前記光源・照射系における照射光源と、
前記集光・検出系とを同じ筺体内に収容し、該筺体を試
料表面に対して垂直に上下動させることにより、レーザ
光の試料表面から内部への進入深さを変えるように構成
されていることを特徴とする請求項1記載の蛍光検出測
定装置。
2. An irradiation light source in the light source / irradiation system,
The condensing / detecting system is housed in the same housing, and the housing is vertically moved with respect to the sample surface to change the depth of penetration of the laser light from the sample surface into the inside. The fluorescence detection and measurement device according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記集光・検出系が、ズームレンズと、
二次元検出器とからなることを特徴とする請求項1また
は2に記載の蛍光検出測定装置。
3. The system according to claim 1, wherein the focusing / detecting system includes a zoom lens,
3. The fluorescence detection and measurement device according to claim 1, comprising a two-dimensional detector.
【請求項4】 前記制御系が、集光・検出系におけるズ
ーム操作と二次元検出器の蛍光検出領域を制御する機能
を備えていることを特徴とする請求項1から3までのい
ずれかに記載の蛍光検出測定装置。
4. The control system according to claim 1, wherein the control system has a function of controlling a zoom operation in the light collection / detection system and a fluorescence detection area of the two-dimensional detector. The fluorescence detection and measurement device according to claim 1.
【請求項5】 前記集光・検出系が、2段のカラーフィ
ルターを備え、特定波長領域の蛍光を選択的に検出する
ように構成されていることを特徴とする請求項1から4
までのいずれかに記載の蛍光検出測定装置。
5. The light collection / detection system according to claim 1, wherein the light collection / detection system includes a two-stage color filter, and is configured to selectively detect fluorescence in a specific wavelength region.
The fluorescence detection measurement device according to any one of the above.
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