JP2009075063A - 熱物性評価装置，熱物性評価用測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱物性評価の測定において，試料のうら面が光を透過させない状態であっても，その試料の微小な測定部位（おもて面）について，加熱光の照射による温度変化を高精度で測定することができること。
【解決手段】所定周期で断続するパルス光からなる基幹光Ｂ０を加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とに分岐させ，加熱光Ｂ１を第１の周波数Ｆ１で強度変調し，検出光Ｂ２を第１の周波数Ｆ１とは異なる第２の周波数Ｆ２で強度変調し，光路長調節機構８により加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２との間で測定部位２０ａにおけるパルス光到達の時間差Δｔｐを生じさせ，測定部位２０ａに反射させた検出光Ｂ２’を光検出器１４により受光してその受光強度を検出し，その検出信号における周波数（Ｆ１＋Ｆ２）又は｜Ｆ１−Ｆ２｜の周波数成分を検波器１５により検出する。
【選択図】図１

Description

被測定物の測定部位に加熱光を照射し，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得る熱物性評価装置及び熱物性評価用測定方法に関するものである。

試料（被測定物）の熱物性を測定する方法として，従来からレーザフラッシュ法がしばしば用いられている。同方法では，所定の加熱光（レーザ光）を試料の測定部位に照射したときのその測定部位の温度変化（即ち，光熱効果により生じる特性変化）を表す測定値を検出し，その測定値に基づいて試料の熱物性値を導出する。
前記レーザフラッシュ法において，前記試料の温度変化は，その試料の測定部位（加熱光の照射部）における光の反射率の変化として観測（検出）でき，光の反射率の変化は，その測定部位に所定の検出光を反射させたときの反射光の強度の変化として観測（検出）できる。即ち，測定部位に対する前記検出光の反射光の強度変化は，測定部位の温度変化を表す。そこで，特許文献１等には，試料における加熱光の照射部（測定部位）に検出光（レーザビーム光）を照射するとともに，その反射光（以下，反射検出光という）の強度を検出し，その検出結果に基づいて試料の熱物性値を求めることが示されている。特許文献１に示される測定方法は，薄膜熱物性測定法（レーザ熱物性顕微鏡による測定法）として，セラミック，半導体，ガラス等の種々の試料の測定に利用されている。

一方，特許文献２には，短パルスレーザの出力光（周期的に断続するパルス光）を加熱光と検出光とに分岐させ，それら加熱光及び検出光を薄膜試料（被測定物）における測定部位の表裏各面に照射することにより，サーモリフレクタンス法による熱拡散測定を行う方法が示されている。その測定方法は，より具体的には，短パルスレーザの出力光の分岐光のうちの一方の加熱光を，音響光学変調装置により変調するとともに光学遅延路によって遅延させつつ前記測定部位の一方の面に照射し，他方の検出光を前記測定部位の他方の面に反射させ，その反射光（前記反射検出光）の強度を検出し，その検出信号（強度信号）における前記加熱光の変調成分を検出する方法である。特許文献２に示される測定方法において，前記光学遅延路による加熱光の遅延状態を変化させれば，測定部位の過渡的な温度変化（光学的反射率の変化）を測定することができ，その過渡的な温度変化を解析することによって測定部位（被測定物）の熱物性を評価することができる。
このように，特許文献１及び特許文献２に示される測定方法は，試料の温度変化を前記反射検出光の強度変化（即ち，試料表面の反射率の変化）として観測する熱物性評価用測定方法である。
特開２０００―１２１５８５号公報 特開２００１―８３１１３号公報

しかしながら，特許文献２に示される測定方法は，試料の裏面側（検出光が照射される面の反対側）が加熱光を透過させる状態である必要があるため，裏面側が加熱光を透過させない状態である試料（例えば，不透明な基板の表面に形成された金属薄膜等）を測定することができないという問題点があった。
また，特許文献２に示される測定方法において，加熱光と検出光とを試料の同一の面に照射した場合，試料に反射した加熱光が検出光の検出器に混入し，測定精度が悪化するという問題点があった。ここで，試料の表面が完全な鏡面であれば，加熱光及び検出光をそれぞれ異なる方向から試料に入射させ，試料に対する検出光の正反射光の強度を検出することにより測定精度の悪化を回避できる。しかしながら，現実には試料の表面が完全な鏡面であることを期待できず，また，加熱光照射による試料の反射率変化は一般に０．１％程度以下と非常に小さい。このため，特許文献２に示される測定方法において，加熱光と検出光とを試料の同一の面に照射した場合，試料に対し散乱反射した加熱光が検出光の検出器に混入し，測定精度が悪化するという問題を回避できない。
さらに，加熱光及び検出光をそれぞれ異なる方向から試料に入射させた場合，試料表面における各光のスポットの径が大きくなるとともに，そのスポットの位置合わせが難しくなるため，試料における微小領域の測定が困難になるという問題も生じる。

一方，特許文献１に示されるように，２つのパルス光源を設けてそれぞれ波長が異なる加熱光及び検出光を用いれば，光学フィルタによって加熱光が検出光の検出器に混入することを防止できるとも考えられる。しかしながら，加熱光用のパルス光源と検出光用のパルス光源とを別々にすると，次の２つの問題点が生じる。その問題点の１つは，両パルス光の繰り返し周波数を高精度で一致させるための同期装置及びその調整が複雑化することである。もう１つの問題点は，高価なパルス光源や前記同期装置の増設により装置コストが増大し，実用性に欠けることである。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，被測定物（試料）の一方の面（うら面）が光を透過させない状態であっても，その被測定物の微小な測定部位（おもて面）について，加熱光の照射による温度変化を高精度で測定することができる熱物性評価装置及び熱物性評価用測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明（第１の発明）に係る熱物性評価装置は，被測定物（試料）の測定部位に加熱光を照射し，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得る装置であり，次の（１−１）〜（１−７）に示す各構成要素を備える。
（１−１）所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を前記加熱光と前記検出光とに分岐させる基幹光分岐手段。
（１−２）前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光手段。
（１−３）前記加熱光を前記測定部位に至るまでに第１の周波数（＝Ｆ１）で強度変調する加熱光変調手段。
（１−４）前記検出光を前記測定部位に至るまでに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数（＝Ｆ２）で強度変調する検出光変調手段。
（１−５）前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定手段。
（１−６）前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出手段。
（１−７）前記光強度検出手段による検出信号若しくはその検出信号に基づく信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差（Ｆ１＋Ｆ２又は｜Ｆ１−Ｆ２｜）の周波数成分を検出する検波手段。

後述するように，前記光強度検出手段による検出信号（即ち，前記測定部位に反射させた前記検出光の強度信号）における（Ｆ１＋Ｆ２）の周波数成分又は｜Ｆ１−Ｆ２｜の周波数成分の値（信号レベル）は，前記加熱光及び前記検出光の強度変調が行われないとき（前記加熱光及び前記検出光におけるパルス光のピーク強度が一定であるとき）の前記測定部位の温度に比例した値であり，また，前記加熱光の周波数成分（即ち，ノイズ成分）が除かれた値である。
また，本発明に係る熱物性評価装置は，１つの光源から出射された１つの前記基幹光を光学的に分岐させて前記加熱光及び前記検出光を得るので，それら２つの光におけるパルス光の繰り返し周波数を高精度で一致させるための同期装置及びその調整が不要であり，パルス光の繰り返し周波数の一致誤差に起因する測定精度の悪化を招くこともない。
従って，本発明に係る熱物性評価装置を用いて，被測定物（試料）のうら面が光を透過させない状態である場合に，前記加熱光と前記検出光との両方を被測定物のおもて面側から測定部位に入射させても，前記加熱光の反射によるノイズの影響が除かれ，前記加熱光の照射による前記測定部位の温度変化を高精度で測定することができる。

また，前記導光手段が，前記加熱光及び前記検出光（２つの光）を前記測定部位に対して同じ方向から（同一の光軸に沿って）入射させるものであれば好適である。これにより，前記２つの光をそれぞれ異なる方向から測定部位に入射させる場合のように，被測定物の形状（特に厚み）に応じて（前記導光手段と測定部位との距離に応じて）その被測定物の表面（測定部位）における前記２つの光のスポットの位置合わせを行う調整作業をほとんど考慮する必要がなくなる。なお，前記「同じ方向」には，実用上同じとみなせる程度の方向の違いがある場合が含まれる。
また，前記導光手段が，前記測定部位の面に対し垂直な方向から前記加熱光を入射させれば，前記加熱光のスポット径を小さくすることができる。その結果，被測定物における微小領域の測定が容易となる。また，前記測定部位の面に対し前記検出光を垂直入射させても同様である。

ところで，光は照射対象物（ここでは，前記被測定物）の内部に浸透する。そのため，前記加熱光がプリント基板等の基材の表面に形成された薄い膜状の前記被測定物に照射された場合，その加熱光が薄膜状の前記被測定部を透過し，その被測定物の背面側に接する部材も加熱され，膜状の前記被測定物の熱物性を正確に表す測定値（前記検出光の強度）が得られなくなる。
そこで，前記導光手段が，基材（例えば，プリント基板等）の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対し前記加熱光及び前記検出光を入射させ，さらに，前記光強度検出手段が，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光を受光することが考えられる。
金属からなる膜状の前記被測定物は，光の浸透深さが浅い。そのため，前記測定部位に照射された前記加熱光及び前記検出光は，膜状の前記被測定物に浸透するだけでその背後の前記基材までは浸透せず，その被測定物は前記基材からの熱の影響を受けない。その結果，金属からなる膜状の前記被測定物の熱物性を正確に表す測定値（前記検出光の強度）を得ることができる。
また，後述するように，モリブデン等の金属は，斜め方向から入射した光のＰ偏光成分について，温度変化に対する反射率変化が大きい。
そこで，本発明に係る熱物性評価装置が，さらに，前記測定部位に対する反射後又は入射前の前記検出光からＰ偏光成分を取り出すＰ偏光取出手段を備えることが考えられる。この場合，前記導光手段が，基材の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対し斜め方向から前記検出光を入射させるとともに，前記測定部位の面に対し前記検出光とは異なる方向から前記加熱光を入射させる。さらに，前記光強度検出手段が，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光から前記Ｐ偏光取出手段により得られた前記Ｐ偏光成分又は前記Ｐ偏光取出手段により得られた前記検出光のＰ偏光成分の前記測定部位に対する正反射光を受光することが考えられる。
これにより，プリント基板等の表面に形成された金属膜（被測定物）について，感度の高い熱物性評価用の測定値を得ることができる。

また，前記パルス光到達時間差設定手段の典型例としては，前記検出光又は前記加熱光の前記測定部位に至るまでの光路長を可変にする光路長調節手段を備えたものが考えられる。本発明に係る熱物性評価装置におおいて，前記光路長調節手段によって前記パルス光到達の時間差をわずかに変化させつつ前記検波手段による検出値を得れば，その検出値は，測定部位の過渡的な温度変化を表す測定値となる。
その他，前記パルス光到達時間差設定手段が，前記検出光又は前記加熱光の前記測定部位に至るまでの光路に配置されるガラス部材等の光の透過物を備えることも考えられる。光路におけるガラス等の光の透過物（即ち，光の伝播速度が他の光路の部分と異なる物）の有無やその厚みを変えることにより，前記パルス光到達の時間差の微調整を行うことができる。

また，本発明に係る熱物性評価装置が，次の（１−８）〜（１−１２）に示す各構成要素を備えることが考えられる。なお，（１−１１）及び（１−１２）に示す各構成要素は，それぞれ（１−５）及び（１−６）に示した各構成要素の一例である。
（１−８）前記検出光を前記測定部位に至るまでにそれぞれ偏波面の異なる２つの分岐検出光に分岐させる第１の検出光分岐手段。
（１−９）前記２つの分岐検出光を前記測定部位に至るまでに１つの前記検出光に合成する検出光合成手段。
（１−１０）前記測定部位に反射させた前記検出光を再び前記２つの分岐検出光に分岐させる第２の検出光分岐手段。
（１−１１）前記第１の検出光分岐手段により分岐された前記２つの分岐検出光それぞれについて前記加熱光に対して異なる前記パルス光到達の時間差を生じさせる前記パルス光到達時間差設定手段。
（１−１２）前記第２の検出光分岐手段により分岐された前記２つの分岐検出光それぞれを個別に受光してその受光強度を検出する前記光強度検出手段。
本発明に係る熱物性評価装置は，ここに示した各構成要素を備えることにより，前記測定部位の過渡的な温度変化における２点分の測定値（前記光強度検出手段による２つの検出値）或いはそれに相当する測定値を１回の測定によって得ることができ，その結果，測定時間を大幅に短縮できる。
この場合，前記検波手段が，前記光強度検出手段による２つの検出値それぞれについて前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出することが考えられる。
しかしながら，被測定物の熱物性を評価する場合，前記測定部位の過渡的な温度変化を表す指標として，加熱光照射後の所定の第１の時点から所定時間後の第２の時点までの温度の変化幅を観測できれば十分であることが多い。
そのような場合，本発明に係る熱物性評価装置が，次の（１−１３）及び（１−１４）に示す各構成要素を備えていれば好適である。なお，（１−１４）に示す構成要素は，（１−７）に示した構成要素の一例である。
（１−１３）前記光強度検出手段により検出された前記２つの分岐検出光それぞれに対応する２つの検出信号の差を検出する差分検出手段。
（１−１４）前記差分検出手段の検出信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出する前記検波手段。
この（１−１４）に示される検波手段による検出値は，加熱光照射後の所定の第１の時点から所定時間後の第２の時点までの温度の変化幅を表す指標値となる。

ところで，単波長のレーザ光を非線形光学素子に通過させると，通過後のレーザ光に元のレーザ光の波長とは異なる波長（元の２分の１の波長）の光が生じることが知られている。
そこで，本発明に係る熱物性評価装置が，次の（１−１５）〜（１−１７）に示す各構成要素を備えることが考えられる。なお，（１−１７）に示す構成要素は，（１−１）に示した構成要素の一例である。
（１−１５）前記基幹光を通過させることによりその基幹光に新たな波長の光を発生させる非線形光学素子。
（１−１６）前記測定部位から前記光強度検出手段に至る前記検出光の光路において前記新たな波長の光以外の光の通過を制限する光フィルタ。
（１−１７）前記非線形光学素子を通過した前記基幹光における前記新たな波長の光を前記検出光としてその他の光を前記加熱光として分岐させる前記基幹光分岐手段。
本発明に係る熱物性評価装置は，ここに示した各構成要素を備えることにより，１つの光源から出力される前記基幹光に基づいて波長の異なる前記加熱光と前記検出光とを生成し，前記光フィルタによってノイズとなる前記加熱光が前記光強度検出手段に混入することを防ぎ，さらにＳＮ比の高い高精度の測定を行うことができる。

また，第２の発明に係る熱物性評価装置（被測定物の測定部位に加熱光を照射し，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表す測定値を得る熱物性評価装置）として，次の（２−１）〜（２−８）に示す各構成要素を備えたものも考えられる。
（２−１）所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を通過させることによりその基幹光に新たな波長の光を発生させる非線形光学素子。
（２−２）前記非線形光学素子を通過した前記基幹光をその基幹光における前記新たな波長の光を前記検出光としてその他の光を前記加熱光として分岐させる基幹光分岐手段。
（２−３）前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光手段。
（２−４）前記加熱光を前記測定部位に至るまでに所定の変調周波数（＝Ｆ１）で強度変調する加熱光変調手段。
（２−５）前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定手段。
（２−６）前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出手段。
（２−７）前記測定部位から前記光強度検出手段に至る前記検出光の光路において前記新たな波長の光以外の光の通過を制限する光フィルタ。
（２−８）前記光強度検出手段による検出信号若しくはその検出信号に基づく信号における前記所定の変調周波数の周波数成分を検出する検波手段。
これら各構成要素を備えた熱物性評価装置も，本発明（第１の発明）に係る光熱変換装置と同様に，被測定物のうら面が光を透過させない状態であっても，その被測定物の微小な測定部位（おもて面）について，加熱光の照射による温度変化を高精度で測定することができる。

また，本発明（第１の発明）は，被測定物の測定部位に加熱光を照射し，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得る熱物性評価用測定方法として捉えることもできる。即ち，本発明に係る熱物性評価用測定方法は，次の（３−１）〜（３−７）に示す各工程を実行する方法である。
（３−１）所定の光分岐手段により，所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を前記加熱光と前記検出光とに分岐させる基幹光分岐工程。
（３−２）所定の導光手段により，前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光工程。
（３−３）所定の光変調手段により，前記加熱光を前記測定部位に至るまでに第１の周波数で強度変調する加熱光変調工程。
（３−４）所定の光変調手段により，前記検出光を前記測定部位に至るまでに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で強度変調する検出光変調工程。
（３−５）所定の光学機器により，前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定工程。
（３−６）所定の光強度検出手段により，前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出工程。
（３−７）所定の検波手段により，前記光強度検出工程による検出信号若しくはその検出信号に基づく信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出する検波工程。
ここに示した熱物性評価用測定方法は，前述した本発明に係る熱物性評価装置と同様の作用効果を奏する。

また，本発明に係る熱物性評価用測定方法が，前記導光工程において，基材の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対し前記検出光を入射させ，前記光強度検出工程において，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光を受光する方法であることが考えられる。
これにより，前述したように，プリント基板等の基材の表面に形成された金属の膜状の前記被測定物の熱物性を正確に表す測定値（前記検出光の強度）を得ることができる。

本発明によれば，被測定物の熱物性評価のための測定において，被測定物の一方の面（うら面）が光を透過させない状態であっても，比較的簡易な装置構成により，その被測定物の微小な測定部位（おもて面）について，加熱光の照射による温度変化を高精度で測定することができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ１の概略構成図，図２は熱物性評価装置Ｘ１における加熱光及び検出光並びに試料の温度の変化を模式的に表したグラフ，図３は熱物性評価装置Ｘ１における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図，図４は本発明の第２実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ２の概略構成図，図５は熱物性評価装置Ｘ２における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図，図６は熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２に適用可能な基幹光を分岐する光学系を表す該略図，図７は本発明の第３実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ３の概略構成図，図８はモリブデンに対する光の入射角と光の反射率との関係を表すグラフ，図９はモリブデンにおける検出光の入射角とそのモリブデン膜の光熱効果による光の反射率変化の大きさとの関係を表すグラフである。

本発明の実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は，１つの光源（パルスレーザ）から周期的に出射されるパルス光を２分岐させてその一方を加熱光，他方を検出光とし，その加熱光を試料（被測定物）の測定部位に照射するとともに，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得るサーモリフレクタンス法に基づく熱物性評価を行う装置である。
なお，熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の測定対象となる試料（被測定物）としては，種々の材料が挙げられるが，例えば，プリント基板上の配線パターンや，電子回路の配線膜，各種合金材料，炭素系コーティング膜の他，銅や金，アルミ等の金属の膜（特に，１μｍ程度から数ｍｍ程度までの厚みのもの）等が考えられる。
［第１実施形態］
まず，図１に示す構成図を参照しつつ，本発明の第１実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ１について説明する。
図１に示すように，熱物性評価装置Ｘ１は，パルスレーザ１，ビームスプリッタ２，５及び１０，第１の変調器３及び第の２変調器９，ミラー４及び７，レンズ６，光路長調節機構８，第１の発振器１１及び第２の発振器１２，混合器１３，光検出器１４，検波器１５，計算機１６及びステージ１７を備えている。

前記パルスレーザ１は，所定周期で断続する数十ピコ秒程度の幅のパルス光ＰＬからなるビーム光（以下，基幹光Ｂ０という）を出力する光源である。例えば，前記パルスレーザ１は，波長が５３２[ｎｍ]程度及びパルス幅が５０[ｐｓ]程度のパルス光（パルス状のビーム光）を，１２．５[ｎｓ]程度の周期（即ち，繰り返し周波数Ｆ０が８０ＭＨｚ程度）で出力する。
熱物性評価装置Ｘ１は，前記ビームスプリッタ２（前記基幹光分岐手段の一例）により，前記パルスレーザ１から出力される所定基幹光Ｂ０を第１の分岐光Ｂ０１及び第２の分岐光Ｂ０２に２分岐させる。ここで，第１の分岐光Ｂ０１は試料２０の測定部位２０ａに照射される加熱光Ｂ１として，第２の分岐光Ｂ０２は同じく測定部位２０ａに照射される検出光Ｂ２として機能する。
そして，前記第１の分岐光Ｂ０１（即ち，加熱光Ｂ１）は，前記ミラー４，ビームスプリッタ５及びレンズ６により，試料２０の測定部位２０ａに導かれる。また，前記第２の分岐光Ｂ０２（即ち，検出光Ｂ２）は，前記ミラー７，前記光路長調節機構８，ビームスプリッタ１０，５及びレンズ６により，試料２０の測定部位２０ａに導かれる。図１に示すように，前記加熱光Ｂ１と前記検出光Ｂ２とは，試料２０の測定部位２０ａ近傍に配置された前記ビームスプリッタ５まではそれぞれ異なる経路で導かれる。そして，前記ビームスプリッタ５及び前記レンズ６が，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２を前記測定部位２０ａに対してほぼ垂直な方向（ほぼ同じ方向）から（ほぼ同一の光軸に沿って）入射させる。なお，ミラー４，７，光路長調節機構８，ビームスプリッタ１０，５が，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２それぞれを測定部位２０ａまで導く前記導光手段の一例である。
このように加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の２つの光をほぼ同じ光軸に沿って測定部位２０ａに入射させることにより，それら２つの光をそれぞれ異なる方向から測定部位に入射させる場合のように，試料２０の形状（特に厚み）に応じてその試料２０の表面（測定部位）における前記２つの光のスポットの位置合わせを行う調整作業をほとんど考慮する必要がなくなる。また，前記２つの光を測定部位２０ａに対して垂直入射させれば，両光のスポット径をより小さくすることができる。その結果，試料２０における微小領域の測定が容易となる。 なお，偏光板等により，ビームスプリッタ５の位置に到達する加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の偏光方向が異なるようにし，ビームスプリッタ５を偏光ビームスプリッタに置き換えれば，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２のエネルギーロスを小さくできる。

また，前記第１の変調器３（前記加熱光変調手段の一例）は，前記第１の発振器１１から出力される所定の周波数Ｆ１（以下，第１の周波数という）の発振信号に基づいて，加熱光Ｂ１（即ち，前記第１の分岐光Ｂ０１）を，前記ビームスプリッタ２から前記測定部位２０ａに至るまでに前記第１の周波数Ｆ１で強度変調するものである。以下，便宜上，この第１の変調器３によって変調される前の光を前記第１の分岐光Ｂ０１と称し，この第１の変調器３によって変調された後の光を前記加熱光Ｂ１と称する。
一方，前記第２の変調器９（前記検出光変調手段の一例）は，前記第２の発振器１１から出力される所定の周波数Ｆ２（以下，第２の周波数という）の発振信号に基づいて，検出光Ｂ２（即ち，前記第２の分岐光Ｂ０２）を，前記ビームスプリッタ２から前記測定部位２０ａに至るまでに前記第２の周波数Ｆ２で強度変調するものである。以下，便宜上，この第２の変調器９によって変調される前の光を前記第２の分岐光Ｂ０２と称し，この第２の変調器９によって変調された後の光を前記加熱光Ｂ２と称する。
ここで，前記第１の周波数Ｆ１及び前記第２の周波数Ｆ２は，前記基幹光Ｂ０におけるパルス光ＰＬの繰り返し周波数Ｆ０（断続周波数）よりも十分に小さい。また，前記第１の周波数Ｆ１と前記第２の周波数Ｆ２とは異なる周波数であり，例えば，Ｆ１＝１００[ｋＨｚ]に対し，Ｆ２＝１２０[ｋＨｚ]＞Ｆ２）等である。
なお，前記第１の変調器３は，図１に示す例では前記ビームスプリッタ２と前記ミラー４との間に配置されているが，前記ビームスプリッタ２から前記測定部位２０ａに至るまでの光路における他の位置に配置されてもよい。同様に，前記第２の変調器９は，図１に示す例では前記光路長調節機構８と前記ビームスプリッタ１０との間に配置されているが，前記ビームスプリッタ２から前記測定部位２０ａに至るまでの光路における他の位置に配置されてもよい。

前記光路長調節機構８は，加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２との間で前記測定部位２０ａにおけるパルス光到達の時間差Δｔｐを生じさせるものであり，その時間差Δｔｐを例えばナノ秒オーダー以下の精度で調節可能（可変）とする光学機器及びその移動機構からなる装置である（前記パルス光到達時間差設定手段及び前記光路長調節手段の一例）。図１に示す例では，前記光路長調節機構８は，前記第２の分岐光Ｂ０２（即ち，検出光Ｂ２）の光路長を調節する装置である。例えば，前記光路長調節機構８は，前記第２の分岐光Ｂ０２の光路中に配置されたミラーと，そのミラーを前記第２の分岐光Ｂ０２の光軸方向に移動させる移動ステージ，及びその移動ステージの動作を前記計算機１６からの制御指令に従って制御する制御回路等を備えている。
なお，図１に示す例では，前記光路長調節機構８は，前記第２の分岐光Ｂ０２（強度変調前の検出光Ｂ２）の光路中に配置されているが，強度変調後の検出光Ｂ２の光路中に配置された例や，前記第１の分岐光Ｂ０１（強度変調前の加熱光Ｂ１）又は強度変調後の加熱光Ｂ１の光路中に配置された例も考えられる。

図２（ａ），（ｂ）は，それぞれ熱物性評価装置Ｘ１における強度変調後の加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の強度変化を模式的に表した図である。なお，図２において，強度変調後の加熱光Ｂ１の強度がＨ(ｔ)，強度変調後の検出光Ｂ２の強度がＰ(ｔ)と表記されている。また，図２（ａ），（ｂ）において，破線で表されるｓｉｎ波形は，強度変調の周波数成分を表す波形である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２は，元々は一定の強度のパルス光ＰＬの列であった前記基幹光Ｂ０の分岐光Ｂ０１，Ｂ０２が，それぞれ異なる周波数Ｆ１及びＦ２で強度変調された光である。
また，前記光路長調節機構８の作用により，前記測定部位２０ａにおいて，加熱光Ｂ１のパルス光に対して検出光Ｂ２のパルス光が時間差Δｔｐだけ遅れて到達する。

そして，試料２０の測定部位２０ａに反射（正反射）した検出光Ｂ２（以下，便宜上，反射検出光Ｂ２’と称する）は，レンズ７及びビームスプリッタ５を通過し，さらにビームスプリッタ１０に反射して前記光検出器１４によって受光される。そして，前記光検出器１４は，測定部位２０ａに反射させた検出光Ｂ２（前記反射検出光Ｂ２’）を受光してその受光強度を検出する（前記光強度検出手段の一例）。
なお，偏光板等により，ビームスプリッタ１０の位置に到達する検出光Ｂ２及び反射検出光Ｂ２’の偏光方向が異なるようにし，ビームスプリッタ１０を偏光ビームスプリッタに置き換えれば，検出光Ｂ２及び反射検出光Ｂ２’のエネルギーロスを小さくできる。
また，前記検波器１５は，前記光検出器１４による前記反射検出光Ｂ’の強度の検出信号Ｓｉｇに基づいて，その検出信号Ｓｉｇにおける前記第１の周波数Ｆ１と前記第２の周波数Ｆ２との和（Ｆ１＋Ｆ２）又は差（Ｆ１−Ｆ２）の周波数成分を検出し，その検出値Ｐｆ（以下，検波値という）を前記計算機１６に対して出力する。この検波器１５は，例えばロックインアンプ等によって実現可能である。
ここで，前記混合器１３が，前記第１の発振器１１及び前記第２の発振器１２それぞれの出力信号（周波数Ｆ１及びＦ２の発振信号）を混合し，その混合信号を前記検波器１５に対して出力する。そして，前記検波器１５は，前記混合器１３から得た前記混合信号に基づいて，前記反射検出光Ｂ’の強度の検出信号Ｓｇから（Ｆ１＋Ｆ２）又は（Ｆ１−Ｆ２）の周波数成分を検出する。

前記ステージ１７は，試料２０を支持するとともに，前記計算機１６からの制御指令に従って，その試料２０の位置を２次元方向（加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の入射方向に対してほぼ垂直な面の方向）に移動可能なＸ−Ｙステージである。
前記計算機１６は，前記ステージ１７を制御することによって試料２０の位置決めを行う（所望の測定部位２０ａの位置を加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の入射位置に合わせる）とともに，前記検波器１５により検出された前記検波値Ｐｆ（前記反射検出光Ｂ２’の強度の検出信号Ｓｉｇにおける（Ｆ１＋Ｆ２）又は（Ｆ１−Ｆ２）の周波数成分のレベル値）を試料２０の測定部位２０ａごとにその記憶部（ハードディスク等）に記憶させる。
さらに，前記計算機１６は，その記憶部に記憶させた前記検波値Ｐｆに基づいて，予め定められた評価規則に従って試料２０の熱物性を評価するとともに，その評価結果を出力する（記憶部への書込みや表示部への表示，他装置への送信等）。

以下，熱物性評価装置Ｘ１による試料２０の温度変化の測定原理について説明する。
図２（ｃ）は，熱物性評価装置Ｘ１における試料２０の温度Ｔ(ｔ)の変化を模式的に表した図である。また，図３は，熱物性評価装置Ｘ１における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図である。
図２（ｃ）及び図３に示すように，試料２０の測定部位２０ａの温度Ｔ(ｔ)は，加熱光Ｂ１（パルス光）が照射された時点ｔ１の直後から急上昇し，その後，ピークを経て徐々に下降する。これは，測定部位２０ａが加熱光Ｂ１の光エネルギーを吸収して発熱した後，熱拡散によってその温度が低下するためである。この温度Ｔ(ｔ)の変化の過渡応答，例えば，ピーク後の単位時間当たりの温度低下幅等は，測定部位２０の熱物性の評価指標となる。図２において，ｔ２は，測定部位２０ａに検出光Ｂ２におけるパルス光が照射された時点をあらわす。従って，パルス光到達の時間差Δｔｐ（＝ｔ２−ｔ１）を調節することにより，複数の時点ｔ２における測定部位２０ａの温度Ｔ(ｔ２)の指標値を測定すれば，加熱光Ｂ１照射による測定部位２０ａの温度の過渡応答を把握することができる。

熱物性評価装置Ｘ１において，加熱光Ｂ１が前記第１の分岐光Ｂ０１を角周波数ω１（＝２π・Ｆ１）のｓｉｎ関数で強度変調した光である場合，前記第１の分岐光Ｂ０１（強度変調前の加熱光）を試料２０の測定部位２０ａに照射したと仮定したときの時間ｔの時点における測定部位２０ａの温度をG(ｔ)とすると，時間ｔの時点における測定部位２０ａの温度Ｔ(ｔ)は，次の（１）式により表される。

また，検出光Ｂ２が，前記第２の分岐光Ｂ０２を各周波数ω２（＝２π・Ｆ２）のｓｉｎ関数で強度変調した光である場合，時間ｔの時点における前記第２の分岐光Ｂ０２の強度をＵ(ｔ)とすると，時間ｔの時点における検出光Ｂ２の強度Ｐ(ｔ)は，次の（２）式により表される。

ここで，測定部位２０ａにおける反射率の変化はその温度Ｔ(ｔ)の変化にほぼ比例すると考えることができるので，前記光検出器１４によって検出される前記反射検出光Ｂ２’の強度Ｐｒ(ｔ)は，次の（３）式により表される。

ここで，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２におけるパルス光ＰＬのパルス幅（例えば，５０ [ｐｓ]）は，加熱光Ｂ１の照射による温度Ｇ(ｔ)の過渡応答として観測したい時間幅（例えば，数[ｎｓ]〜数十[ｎｓ]程度）に対して十分短い。そのような条件下では，前記反射検出光Ｂ２’の強度を観測することにより，前記検出光Ｂ２におけるパルス光が測定部位２０ａに到達した時点ｔ２における測定部位２０ａの温度Ｇ(ｔ２)を観測することができ，前記光路長調節機構８により前記加熱光Ｂ１に対する前記検出光Ｂ２のパルス光到達の時間差Δｔｐを調節すれば，測定部位２０ａの温度Ｇ(ｔ)の過渡応答を観測することができる。
即ち，前記光検出器１４の信号検出の応答速度（例えば１０[μｓ]程度）が，加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２におけるパルス光ＰＬの発生周期（１２．５[ｎｓ]程度）に対して十分に長い状況下では，前記光検出器１４により検出される前記反射検出光Ｂ２’の強度Ｐｄは，平均化（平滑化）された強度となり，次の（４）式により表される。

この（４）式における時間ｔ２を，加熱光Ｂ１におけるパルス光が測定部位２０ａに照射された時点を基準とした時間，即ち，前記パルス光到達の時間差Δｔｐに置き換え，（４）式を（１）式に基づいて変形すると，次の（５）式が得られる。

従って，前記反射検出光Ｂ２’の強度Ｐｄにおける周波数（ω１＋ω２）又は（ω１−ω２）の成分Ｐｆ（即ち，前記検波器１５により検出される前記検波値）は，次の（６）式により表される。なお，ω１＝２π・Ｆ１及びω２＝２π・Ｆ２であるので，強度Ｐｄにおける周波数（ω１±ω２）の成分は，強度Ｐｄにおける周波数（Ｆ１±Ｆ２）の成分と同義である。

この（６）式は，前記検波器１５の検出値Ｐｄが，前記第１の分岐光Ｂ０１（強度変調前の加熱光）を試料２０の測定部位２０ａに照射したときの時間Δｔｐの時点における測定部位２０ａの温度G(Δｔｐ)に比例し，時間Δｔｐの時点における測定部位２０ａの温度の指標値となることを表している。なお，時間Δｔｐは，加熱光Ｂ１におけるパルス光の照射時点を基準としたときの検出光Ｂ２におけるパルス光の照射時点を表す時間であるので，前記時間差Δｔｐと同義である。従って，前記光路長調節機構８により前記時間差Δｔｐを調節することにより，測定部位２０ａの温度Ｇ(ｔ)の過渡応答を観測することができる。
また，加熱光Ｂ１の強度変調の周波数成分がω１であり，前記検波器１５によって検出される前記検波値Ｐｆの周波数成分がω１±ω２であるため，たとえ，検出光Ｂ２の受光系（測定系）に試料２０に反射した加熱光Ｂ１が混入した場合でも，前記検波値Ｐｆにおいて加熱光Ｂ１の混入によるノイズ成分は除去されている。
以上に示したように，熱物性評価装置Ｘ１によれば，試料２０の一方の面（うら面）が光を透過させない状態であっても，その試料２０の微小な測定部位２０ａ（おもて面）について，加熱光Ｂ１の照射による温度Ｇ(ｔ)の変化を高精度で測定することができる。しかも，光源（パルスレーザ１）を複数設ける必要がなく，比較的簡易な装置構成により実現できる。

［第２実施形態］
次に，図４に示す構成図を参照しつつ，本発明の第２実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ２について説明する。
この熱物性評価装置Ｘ２は，前記熱物性評価装置Ｘ１の応用例であり，その基本となる測定原理は前記熱物性評価装置Ｘ１と同じであるが，前記熱物性評価装置Ｘ１に対して一部の構成のみが異なるものである。
以下，熱物性評価装置Ｘ２について，前記熱物性評価装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。
熱物性評価装置Ｘ２は，前記熱物性評価装置Ｘ１が備える構成要素に加え，３つの偏光ビームスプリッタ３１，３３及び４１と，複数のミラー３２と，ガラス部材３４と，差分検出器４２とを備えている。さらに，前記光検出器１４が，２つの光検出器１４ａ及び１４ｂに置き換えられている。
前記偏光ビームスプリッタ３１は，前記ビームスプリッタ２により得られた前記第２の分岐光Ｂ０２（即ち，強度変調前の検出光Ｂ２）を，前記測定部位２０ａに至るまでにそれぞれ偏波面の異なる（偏波面が直交する）２つのビーム光（以下，第１の分岐検出光Ｂ０２ａ及び第２の分岐検出光Ｂ０２ａという）に分岐させるものである（前記第１の検出光分岐手段の一例）。
また，前記ミラー３２は，前記第２の分岐検出光Ｂ０２ｂを前記偏光ビームスプリッタ３３に導くものである。
また，前記偏光ビームスプリッタ３３は，前記第１の分岐検出光Ｂ０２ａ及び前記第２の分岐検出光Ｂ０２ｂを，前記測定部位２０ａに至るまでに１つの光に合成して前記第２の分岐光Ｂ０２（強度変調前の検出光）に戻すものである（前記検出光合成手段の一例）。
また，前記ガラス部材３４は，分岐用の前記偏光ビームスプリッタ３１から合成用の前記偏光ビームスプリッタ３３に至る前記第１の分岐検出光Ｂ０２ａ又は前記第２の分岐検出光Ｂ０２ｂのいずれかの光路に配置され，その光Ｂ０２ａを透過させるものである。なお，図４に示す例では，前記ガラス部材３４は，前記第１の分岐検出光Ｂ０２ａの光路に配置されている。

図４に示すように，２つの分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂは，その光路長が異なる。従って，前記偏光ビームスプリッタ３１により分岐された２つの分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂは，前記測定部位２０ａにおける加熱光Ｂ１に対する前記パルス光到達の時間差Δｔａがそれぞれ異なる。また，前記ガラス部材３４は，光の伝播速度が他の光路の部分と異なる物であるため，それを光路中に配置するか否か，或いはその厚みを変えることにより，２つの分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂそれぞれについての前記パルス光到達の時間差Δｔｐの微調整を行うために用いられるものである。
このように，前記ミラー３２及び前記ガラス部材３４は，前記光路長調節機構８と併せて，２つの前記分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂそれぞれについて加熱光Ｂ０１に対して異なる前記パルス光到達の時間差Δｔｐを生じさせるものである（前記パルス光到達時間差設定手段の一例）。
また，前記偏光ビームスプリッタ４１は，測定部位２０ａに反射させた検出光（前記反射検出光Ｂ２’）を再び偏波面の異なる２つのビーム光Ｂ０２ａ’及びＢ０２ｂ’（即ち，前記第１分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂそれぞれに相当するビーム光）に分岐させるものである（前記第２の検出光分岐手段の一例）。
そして，２つの前記光検出器１４ａ及び１４ｂは，前記偏光ビームスプリッタ４１により分岐された２つの分岐検出光Ｂ２ａ’及びＢ２ｂ’それぞれを個別に受光してその受光強度を検出し，その検出信号Ｓｉｇａ及びＳｉｇｂを出力する。

図５は，熱物性評価装置Ｘ２における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図である。
熱物性評価装置Ｘ２においては，前記ミラー３２，前記ガラス部材３４及び前記光路長調節機構８の作用により，２つの前記分岐検出光Ｂ０２ａ及びＢ０２ｂそれぞれにおけるパルス光が測定部位２０ａに到達する時点ｔ２ａ，ｔ２ｂが異なり，加熱光Ｂ０１に対して異なる前記時間差Δｔｐａ，Δｔｐｂが生じる。
従って，この熱物性評価装置Ｘ２が，前記検波器１５を２つ備え，それらが２つの前記光検出器１４ａ，１４ｂによる２つの検出値それぞれについて，前記第１の周波数と前記第２の周波数との和（Ｆ１＋Ｆ２）若しくは差（Ｆ１−Ｆ２）の周波数成分を検出することが考えられる。
これにより，前記測定部位２０ａの過渡的な温度変化における２点分の測定値Ｐｆを１回の測定によって得ることができる。その結果，測定時間を半分に短縮できる。
しかしながら，試料２０の熱物性を評価する場合，測定部位２０ａの過渡的な温度変化を表す指標として，加熱光Ｂ１を照射後の所定の第１の時点ｔ２ａから所定時間後の第２の時点ｔ２ｂまでの温度Ｔ(ｔ)の変化幅ΔＴｘを観測できれば十分であることが多い。
このため，熱物性評価装置Ｘ２においては，前記差分検出器４２が，２つの前記光検出器１４ａ，１４ｂにより検出された２つの分岐検出光Ｂ０２ａ，Ｂ０２ｂそれぞれに対応する２つの検出信号Ｓｉｇａ，Ｓｉｇｂの差を検出する（前記差分検出手段の一例）。
そして，前記検波器１５が，前記差分検出器４２の検出信号ΔＳｉｇにおける前記第１の周波数と前記第２の周波数との和（Ｆ１＋Ｆ２）若しくは差（Ｆ１−Ｆ２）の周波数成分ΔＰｆを検出する。
この検波器１５による検出値ΔＰｆは，加熱光Ｂ１を照射後における一方の検出光Ｂ０２ａの照射時点ｔ１から他方の検出光Ｂ０２ｂの照射時点までの温度の変化幅ΔＴｘを表す指標値となる。
この熱物性評価装置Ｘ２によれば，前記検波器１５を複数設けることなく，前記測定部位２０ａの過渡的な温度変化における２点分の測定値に相当する測定値ΔＰｆを１回の測定によって得ることができる。その結果，測定時間を半分に短縮できる。

次に，図６に示す構成図を参照しつつ，熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２に適用可能な前記基幹光Ｂ０を分岐する光学系について説明する。
図６に示すように，前記熱物性評価装置Ｘ１又はＸ２が，前記パルスレーザ１の後段に配置された非線形光学素子５１と，さらにその後段に配置されたダイクロイックミラー２’とを備えることが考えられる。なお，そのダイクロイックミラー２’は，前記ビームスプリッタ２の代わりに設けられるものである。
一般に，単波長のレーザ光を前記非線形光学素子５１に通過させると，通過後のレーザ光に元のレーザ光の波長とは異なる波長（元の２分の１の波長）の光が生じることが知られている。即ち，前記非線形光学素子５１（非線形光学結晶）は，前記基幹光Ｂ０を通過させることによってその基幹光Ｂ０に新たな波長の光を発生させるものである。例えば，前記パルスレーザ１から出射される前記基幹光Ｂ０の波長が１０６４[ｎｍ]である場合，前記被線形光学素子５１を通過した後の基幹光Ｂ０には，元の１０６４[ｎｍ]の波長の光に加え，その２分の１の波長５３２[ｎｍ]の光の成分がわずかに生じる。前記非線形光学素子５１は，例えば，ＫＤＰ（２水素リン酸カリウム）の結晶等である。その他，前記非線形光学素子５１として，ＫＴＰ（燐酸酸化チタンカリウム）の結晶，ＢＢＯ（バリウム・ボーレート）の結晶等，レーザ光の波長に適合する他の非線形光学素子を用いることも考えられる。
また，前記ダイクロイックミラー２’は，前記非線形光学素子５１を通過した前記基幹光Ｂ０における新たな波長の光を前記第２の分岐光Ｂ０２（即ち，検出光）として，その他の光を前記第１の分岐光Ｂ０１（即ち，加熱光）として分岐させるものである。例えば，このダイクロイックミラー２’は，赤色の波長以上の波長の光（例えば，７００[ｎｍ]程度以上の光）を通過させ，それ以下の波長の光を反射させる。

そして，この図６に示す光学系を備えた前記熱物性評価装置Ｘ１又はＸ２には，さらに，前記測定部位２０ａから前記光検出器１４（又は１４ａ及び１４ｂ）に至る前記反射検出光Ｂ２’の光路において，前記非線形光学素子５１の通過により新たに生じた波長の光以外の光（例えば，波長が７００[ｎｍ]程度以上の光）の通過を遮断する光フィルタが設けられる。
このように，前記熱物性評価装置Ｘ１又はＸ２は，図６に示した構成及び前記光フィルタを備えることにより，１つの前記パルスレーザ１（光源）から出力される前記基幹光Ｂ０に基づいて，波長のことなる加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とを生成し，前記光フィルタにより，ノイズとなる加熱光Ｂ１が光検出器１４（又は１４ａ及び１４ｂ）に混入することを防ぎ，さらにＳＮ比の高い高精度の測定を行うことができる。特に，前記反射検出光Ｂ２’の微弱な変化をより大きくしてＳＮ比を高めるために加熱光Ｂ１の強度（即ち，パルスレーザ１のパワー）を強くした場合でも，ノイズとなる加熱光Ｂ１の混入を確実に防止できる点で有効である。

なお，前記熱物性評価装置Ｘ１又はＸ２に図６に示した構成及び前記光フィルタを加えた熱物性評価装置から，前記第２の変調器９，前記第２の発振器１２及び前記混合器１３を除いた熱物性評価装置（検出光Ｂ２の強度変調を行わない装置）も考えられる。この場合，前記検波器１５は，前記光検出器１４による検出信号Ｓｉｇ，又は２つの前記光検出信号１４ａ，１４ｂの差分信号ΔＳｉｇにおける前記第１の周波数Ｆ１（加熱光Ｂ１の変調周波数）の周波数成分を検出する。
そのような構成要素を備えた熱物性評価装置も，前記熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２と同様に，試料２０のうら面が光を透過させない状態であっても，その試料２０の微小な測定部位２０ａ（おもて面）について，加熱光Ｂ１の照射による温度変化を高精度で測定することができる。

［第３実施形態］
次に，図７に示す構成図を参照しつつ，本発明の第３実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ３について説明する。
この熱物性評価装置Ｘ３は，前記熱物性評価装置Ｘ１の応用例であり，その基本となる測定原理は前記熱物性評価装置Ｘ１と同じであるが，前記熱物性評価装置Ｘ１に対して一部の構成のみが異なるものである。
以下，熱物性評価装置Ｘ３について，前記熱物性評価装置Ｘ１と異なる部分についてのみ説明する。
熱物性評価装置Ｘ３は，前記熱物性評価装置Ｘ１が備える構成要素において，前記ビームスプリッタ５が，３つのミラー５ａ，５ｂ，５ｃに置き換えられ，前記レンズ６が，２つのレンズ６ａ，６ｂに置き換えられ，前記ビームスプリッタ１０が，２つのミラー１０ａ，１０ｂと１つのレンズ１０ｂとに置き換えられている。

また，熱物性評価装置Ｘ３の測定対象である試料２０は，プリント基板等の基材２０ｂの表面に形成された金属からなる膜状の試料であり，例えば，厚みが１００ｎｍ程度のモリブデン等の金属の薄膜である。その金属からなる膜状の試料２０の一部（前記測定部位２０ａ）に，加熱光及び検出光が照射される。
また，熱物性評価装置Ｘ３は，前記測定部位２０ａに対する入射前の前記検出光Ｂ２を通過させることにより，その検出光Ｂ２からＰ偏光成分を取り出す半波長板３０を備えている（前記Ｐ偏光取出手段の一例）。以下，前記半波長板３０を通過後の光（検出光のＰ偏光成分）のことを検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ）と称する。

熱物性評価装置Ｘ３において，前記第１の分岐光Ｂ０１（即ち，加熱光Ｂ１）は，前記ミラー４，５ａ及びレンズ６ａにより，試料２０の測定部位２０ａに導かれる。また，前記第２の分岐光Ｂ０２（即ち，検出光Ｂ２）は，前記ミラー５ｂ，５ｃ及びレンズ６ｂにより，試料２０の測定部位２０ａに導かれる。
図７に示すように，前記加熱光Ｂ１と前記検出光Ｂ２とは，試料２０の測定部位２０ａまでそれぞれ異なる経路で導かれ，測定部位２０ａの表面に対してそれぞれ異なる方向から入射する。ここで，前記ミラー５ａ及び前記レンズ６ａは，前記加熱光Ｂ１を集光しつつ前記測定部位２０ａの表面に対して垂直な方向から入射させる。一方，ミラー５ｂ，５ｃ及び前記レンズ６ｂは，前記検出用Ｐ偏光Ｂ２ｐ（前記検出光Ｂ２の一例）を集光しつつ前記測定部位２０ａの表面に対して斜めの方向から入射させる。
このように，前記ミラー４，５ａ〜５ｃ，及び前記レンズ６ａ，６ｂ（導光手段の一例）は，前記基材２０ｂの表面に形成された金属からなる膜状の前記試料２０における前記測定部位２０ａの面に対し斜め方向から前記検出光（図７の例では，前記検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ））を入射させるとともに，前記測定部位２０ａの面に対し前記検出光とは異なる方向から前記加熱光Ｂ１を入射させる。

そして，試料２０の測定部位２０ａに正反射した前記検出用Ｐ偏光Ｂ２ｐ（以下，便宜上，反射検出用Ｐ偏光Ｂ２ｐ’と称する）は，ミラー１０ａ，１０ｃ及びレンズ１０ｂによって前記光検出器１４の受光部に導かれ，前記光検出器１４によって受光される。そして，前記光検出器１４は，測定部位２０ａに反射させた前記検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ），即ち，前記反射検出用Ｐ偏光Ｂ２ｐ’を受光してその受光強度を検出する（前記光強度検出手段の一例）。
なお，熱物性評価装置Ｘ３において，前記光検出器１４，前記検波器１５及び前記計算機１６が実行する処理は，前記熱物性評価装置Ｘ１における処理と同様である。

続いて，熱物性評価装置Ｘ３の作用効果について説明する。
前述したように，一般に，光は照射対象物の内部に浸透する。そのため，前記試料２０が，基材２０ｂの表面に形成された薄膜状である場合，その試料２０に照射された前記加熱光Ｂ１が薄膜状の前記試料２０を透過し，その試料２０の背面側に接する前記基材２０ｂも加熱され，薄膜状の試料２０の熱物性を正確に表す測定値（前記検出光の強度）が得られなくなる。
これに対し，熱物性評価装置Ｘ３においては，前記ミラー５ａ〜５ｃ及び前記レンズ６ａ，６ｂ（導光手段の一例）が，試料２０の表面に金属膜２０ｂが形成された前記測定部位２０ａの面に対し前記加熱光Ｂ１及び前記検出用Ｐ偏光Ｂ２を入射させる。さらに，前記光検出器１４（光強度検出手段の一例）が，前記測定部位２０ａに対する前記検出光の正反射光を受光する。
これにより，前記測定部位２０ａの表面（即ち，前記金属膜）に照射された前記加熱光Ｂ１及び前記検出光Ｂ２（前記検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ））は，前記金属膜に浸透するだけで前記基材２０ｂまでは浸透しない。そのため，薄膜状の試料２０（前記金属膜）は，その背面側に接する部材からの熱の影響を受けず，薄膜状の試料２０の熱物性を正確に表す測定値（前記光検出器の検出信号Ｓｉｇ）を得ることができる。

ところで，試料２０の光の反射率は，試料２０への光の入射角によっても異なる。
図８は，モリブデン（試料２０の一例）に対する光（Ｐ偏光及びＳ偏光）の入射角と光の反射率（入射光の光量に対する正反射方向への反射光の光量の比）との関係を表すグラフである。なお，図８に示すグラフは，モリブデン（Ｍｏ）の屈折率ｎ＝３．５，吸収係数ｋ＝３．５としたときの計算値に基づくものである。また，入射角は，モリブデンの表面に垂直入射する方向を０°とする。
図８に示されるように，モリブデンは，光の入射角に応じてその反射率（０より大きな反射率）が異なるとともに，その反射率の光入射角に対する特性は，照射光がＰ偏光である場合とＳ偏光である場合とで大きく異なる。このことから，モリブデンは，検出光がＰ偏光であるかＳ偏光であるかにより，その入射角と温度変化に対する反射率変化の感度との関係が異なる。なお，モリブデンは，Ｐ偏光が８０度程度で入射したときの反射率が低いが，一般的なレーザ光源を用いてその反射光を光検出器で検出するのには十分な反射率である。
また，図９は，モリブデン（試料２０の一例）における検出光（Ｐ偏光及びＳ偏光）の入射角とそのモリブデンの光熱効果による光の反射率変化の大きさとの関係を表すグラフである。なお，図９に示す光の反射率変化は，モリブデンの温度上昇により屈折率ｎ又は吸収係数ｋが５％変化した場合におけるそのモリブデンの光の反射率の変化率（温度上昇前の光の反射率に対する温度上昇による光の反射率の変化幅の割合）を表す。また，入射角は，モリブデンの表面に垂直入射する方向を０°とする。
図９からわかるように，モリブデンは，斜め方向から入射した光のＰ偏光成分について，温度変化に対する反射率変化が大きい。図９に示すような特性は，モリブデン以外の金属（例えば，金，アルミ，銅等）も同様に有していることが知られている。

そして，熱物性評価装置Ｘ３においては，前記半波長板３０によって前記検出光Ｂ２から取り出されたＰ偏光成分（前記検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ））が前記測定部位２０ａに照射され，その反射光（前記反射検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ’））の強度が前記光検出器１４により検出される。
その結果，プリント基板等の表面に形成された金属膜（試料２０の一例）について，感度の高い熱物性評価用の測定値を得ることができる
膜状の金属からなる前記試料２０に対する前記検出光の入射角は，例えば，その金属がモリブデンであれば７０°〜８０°程度，その金属が金，アルミ或いは銅である場合には６０°〜８０°程度とすることが望ましい。
また，前記検出光が前記測定部位２０ａに対し斜め方向から入射した場合，垂直入射させた場合よりもその反射光（正反射光）の強度が小さくなり（図８参照），それが検出信号ＳｉｇのＳＮ比の悪化要因となり得る。これに対し，熱物性評価装置Ｘ３においては，前記測定部位２０ａに対し，前記検出光（前記検出用Ｐ偏光（Ｂ２ｐ））と前記加熱光Ｂ１とが異なる方向から照射されるので，前記光検出器１４にノイズとなる前記加熱光Ｂ１の反射光が混入し難い。これにより，前記検出信号ＳｉｇのＳＮ比の悪化を回避できる。

前記熱物性評価装置Ｘ３において，前記半波長板３０は，前記測定部位２０ａに対する反射後又は入射前の前記検出光Ｂ２からＰ偏光成分を取り出し，そのＰ偏光成分の光を前記光検出器１４に受光させる手段の一例として設けられたものである。
従って，前記熱物性評価装置Ｘ３が，前記半波長板３０の代わりに，前記測定部位２０ａに入射する前の前記検出光Ｂ２を円偏光や楕円偏光にする光学機器と，その反射光（測定部位２０ａからの反射光）からＰ偏光成分を取り出す光学機器（偏光板等）とを備えた構成を有していてもかまわない。即ち，前記測定部位２０ａに対する反射後又は入射前の前記検出光Ｂ２からＰ偏光成分を取り出せる光学機器が設けられていればよい。
そして，前記測定部位２０ａに対する反射後の前記検出光Ｂ２からＰ偏光成分を取り出す場合，前記光検出器１４（光強度検出手段の一例）は，前記測定部位２０ａに対する前記検出光Ｂ２の正反射光から，所定の光学機器（偏光板等：Ｐ偏光取出手段の一例）により得られた前記Ｐ偏光成分を受光する。そのような構成によっても，前記熱物性評価装置Ｘ３と同様の作用効果が得られる。

また，前記熱物性評価装置Ｘ３が，前記測定部位２０ａに対する反射後の前記検出光Ｂ２からＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離して取り出す光学機器と，そのＰ偏光成分の光の強度を検出する前記光検出器１４に加え，そのＳ偏光成分の光の強度を検出する光検出器を備えた実施形態も考えられる。この場合，前記計算機１６が，前記Ｓ偏波成分の光の強度の検出信号を入力し，その検出信号に応じて測定結果を補正する。
図８及び図９に示されるように，金属に対する照射光（検出光）において，Ｓ偏光成分は，入射角の変化に応じて反射率が比較的大きく変化するのに対し，その金属の温度変化に起因する反射率変化は，入射角にかかわらず極めて小さい。
そのため，前記測定部位２０ａに対する反射後の前記検出光Ｂ２におけるＳ偏光成分の強度の変化は，前記パルスレーザ１の出力パワーの変動や，前記測定部位２０ａに対する検出光Ｂ２の入射角の変動等，前記測定部位２０ａの温度変化以外のノイズの変動を表す。よって，前記計算機１６が，前記Ｓ偏波成分の光の強度の検出信号に応じて測定結果を補正すれば，ノイズの影響の少ない高精度の測定結果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ１の概略構成図。 熱物性評価装置Ｘ１における加熱光及び検出光並びに試料の温度の変化を模式的に表したグラフ。 熱物性評価装置Ｘ１における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図。 本発明の第２実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ２の概略構成図。 熱物性評価装置Ｘ２における加熱光及び検出光の照射タイミングと試料の温度変化とを模式的に表した図。 熱物性評価装置Ｘ１，Ｘ２に適用可能な基幹光を分岐する光学系を表す該略図。 本発明の第３実施形態に係る熱物性評価装置Ｘ３の概略構成図。 モリブデン膜に対する光の入射角と光の反射率との関係を表すグラフ。 モリブデンにおける検出光の入射角とそのモリブデン膜の光熱効果による光の反射率変化の大きさとの関係を表すグラフ。

符号の説明

Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３：熱物性評価装置
１ ：パルスレーザ（光源）
２，５，１０：ビームスプリッタ
２’ ：ダイクロイックミラー
３ ：第１の変調器
４，７，３２：ミラー
５ａ，５ｂ，５ｃ，１０ａ，１０ｃ：ミラー
６，６ａ，６ｂ，１０ｂ：レンズ
８ ：光路長調節機構
９ ：第２の変調器
１１ ：第１の発振器
１２ ：第２の発振器
１３ ：混合器
１４，１４ａ，１４ｂ：光検出器
１５ ：検波器
１６ ：計算機
１７ ：ステージ
２０ ：試料
２０ａ：測定部位
３０ ：半波長板
３１，３３，４１：偏光ビームスプリッタ
３４ ：ガラス部材
４２ ：差分検出器
５１ ：非線形光学素子
Ｂ０ ：基幹光
Ｂ１，Ｂ０１：加熱光
Ｂ２，Ｂ０２：検出光
Ｂ２’：反射検出光
Ｂ２ｐ：検出用Ｐ偏光（検出光のＰ偏光成分）
Ｂ２ｐ’：反射検出用Ｐ偏光（検出光のＰ偏光成分の反射光）

Claims (11)

1. 被測定物の測定部位に加熱光を照射し，該測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得る熱物性評価装置であって，
   所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を前記加熱光と前記検出光とに分岐させる基幹光分岐手段と，
   前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光手段と，
   前記加熱光を前記測定部位に至るまでに第１の周波数で強度変調する加熱光変調手段と，
   前記検出光を前記測定部位に至るまでに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で強度変調する検出光変調手段と，
   前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定手段と，
   前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出手段と，
   前記光強度検出手段による検出信号若しくは該検出信号に基づく信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出する検波手段と，
   を具備してなることを特徴とする熱物性評価装置。
2. 前記検出光を前記測定部位に至るまでにそれぞれ偏波面の異なる２つの分岐検出光に分岐させる第１の検出光分岐手段と，
   前記２つの分岐検出光を前記測定部位に至るまでに１つの前記検出光に合成する検出光合成手段と，
   前記測定部位に反射させた前記検出光を再び前記２つの分岐検出光に分岐させる第２の検出光分岐手段と，を具備し，
   前記パルス光到達時間差設定手段が，前記第１の検出光分岐手段により分岐された前記２つの分岐検出光それぞれについて前記加熱光に対して異なる前記パルス光到達の時間差を生じさせるものであり，
   前記光強度検出手段が，前記第２の検出光分岐手段により分岐された前記２つの分岐検出光それぞれを個別に受光してその受光強度を検出するものである請求項１に記載の熱物性評価装置。
3. 前記光強度検出手段により検出された前記２つの分岐検出光それぞれに対応する２つの検出信号の差を検出する差分検出手段を具備し，
   前記検波手段が，前記差分検出手段の検出信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出するものである請求項２に記載の熱物性評価装置。
4. 前記基幹光を通過させることにより該基幹光に新たな波長の光を発生させる非線形光学素子と，
   前記測定部位から前記光強度検出手段に至る前記検出光の光路において前記新たな波長の光以外の光の通過を制限する光フィルタと，を具備し，
   前記基幹光分岐手段が，前記非線形光学素子を通過した前記基幹光における前記新たな波長の光を前記検出光としてその他の光を前記加熱光として分岐させるものである請求項１〜３のいずれかに記載の熱物性評価装置。
5. 前記導光手段が，前記加熱光及び前記検出光を前記測定部位に対して略同じ方向から入射させてなる請求項１〜４のいずれかに記載の熱物性評価装置。
6. 前記導光手段が，基材の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対し前記加熱光及び前記検出光を入射させ，
   前記光強度検出手段が，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光を受光してなる請求項１〜４のいずれかに記載の熱物性評価装置。
7. 前記測定部位に対する反射後又は入射前の前記検出光からＰ偏光成分を取り出すＰ偏光取出手段を具備し，
   前記導光手段が，基材の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対し斜め方向から前記検出光を入射させるとともに，前記測定部位の面に対し前記検出光とは異なる方向から前記加熱光を入射させるものであり，
   前記光強度検出手段が，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光から前記Ｐ偏光取出手段により得られた前記Ｐ偏光成分又は前記Ｐ偏光取出手段により得られた前記検出光のＰ偏光成分の前記測定部位に対する正反射光を受光してなる請求項６に記載の熱物性評価装置。
8. 前記パルス光到達時間差設定手段が，前記検出光又は前記加熱光の前記測定部位に至るまでの光路長を可変にする光路長調節手段を具備してなる請求項１〜７のいずれかに記載の熱物性評価装置。
9. 被測定物の測定部位に加熱光を照射し，その測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表す測定値を得る熱物性評価装置であって，
   所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を通過させることによりその基幹光に新たな波長の光を発生させる非線形光学素子と，
   前記非線形光学素子を通過した前記基幹光を該基幹光における前記新たな波長の光を前記検出光としてその他の光を前記加熱光として分岐させる基幹光分岐手段と，
   前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光手段と，
   前記加熱光を前記測定部位に至るまでに所定の変調周波数で強度変調する加熱光変調手段と，
   前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定手段と，
   前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出手段と，
   前記測定部位から前記光強度検出手段に至る前記検出光の光路において前記新たな波長の光以外の光の通過を制限する光フィルタと，
   前記光強度検出手段による検出信号若しくは該検出信号に基づく信号における前記所定の変調周波数の周波数成分を検出する検波手段と，
   を具備してなることを特徴とする熱物性評価装置。
10. 被測定物の測定部位に加熱光を照射し，該測定部位に反射させた検出光を受光してその受光強度を検出することにより，前記測定部位の温度変化を表わす測定値を得る熱物性評価用測定方法であって，
    所定の光分岐手段により，所定周期で断続するパルス光からなる基幹光を前記加熱光と前記検出光とに分岐させる基幹光分岐工程と，
    所定の導光手段により，前記加熱光及び前記検出光それぞれを前記測定部位まで導く導光工程と，
    所定の光変調手段により，前記加熱光を前記測定部位に至るまでに第１の周波数で強度変調する加熱光変調工程と，
    所定の光変調手段により，前記検出光を前記測定部位に至るまでに前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で強度変調する検出光変調工程と，
    所定の光学機器により，前記加熱光と前記検出光との間で前記測定部位におけるパルス光到達の時間差を生じさせるパルス光到達時間差設定工程と，
    所定の光強度検出手段により，前記測定部位に反射させた前記検出光を受光してその受光強度を検出する光強度検出工程と，
    所定の検波手段により，前記光強度検出工程による検出信号若しくは該検出信号に基づく信号における前記第１の周波数と前記第２の周波数との和若しくは差の周波数成分を検出する検波工程と，
    を実行してなることを特徴とする熱物性評価用測定方法。
11. 前記導光工程において，基材の表面に形成された金属からなる膜状の前記被測定物における前記測定部位の面に対して前記検出光を入射させ，
    前記光強度検出工程において，前記測定部位に対する前記検出光の正反射光を受光してなる請求項１０に記載の熱物性評価用測定方法。

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