JPH01214719A - 光音響波の集音装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光音響効果により固体または粉体に発生する
光音響信号の集音装置に関する。

〔従来の技術〕

光音響効果により固体または粉体等からなる被検体に発
生する光音響信号を測定し、被検体の光学的、熱的等の
物性や、表面下の欠陥などの有無等の情報を得る装置と
して光音響分光計、光音響顕微鏡等があるが、これらの
装置における被検体に発生する光音響信号の検出は、マ
イクロフォンをセンサーとする場合、該マイクロフォン
を内蔵した光音響セルを使用して被検体より放出される
光音響波を集音して行われている。（例えば沢田嗣部編
「光音響分光法とその応用−ＰＡＳＪ　　（昭。

５７、６．５）学会出版センター、Ｐ、８３〜Ｐ、８７
）【発明が解決しようとする′ｆｌｓＭ〕従来の被検体
が固体である場合の光音響信号の集音装置は、内部にヘ
リウムなどの気体の封入された小さな気密容器すなわち
光音響セル内に被検体を入れ、その被検体に集束された
エネルギ、例えばレーザー等を入射して前記被検体に光
音響効果により発生する光音響波を前記光音響セルに内
蔵した高感度マイクロフォンで集音するものである。こ
の光音響セルを使用する従来の光音響信号の集音装置に
あっては、光音響セル内の被検体からの光音響信号を増
大させ同時に雑音を少なくすることが光音響信号の検出
感度を高めるうえでの基本的なポイントとなる。この対
策の簡単で有効な手段として、光音響セルの気体層の容
積をできるだけ小さくするとともに壁厚を適度な厚さと
し。

同時に密閉性を向上させることが提案され設計製作され
ている。しかしこのような光音響セルを使用する光音響
信号の検出においては、検出感度は高められるものの光
音響セル内への被検体の挿入および測定終了後の取出し
の都度気密性の保持および気密性の回復に時間を要し、
そのため被検体１個に要する検査時間が長くなるという
不具合がある。上記光音響セルに対する被検体の挿入・
取出しを容易にし、かつ密閉性を一層向上させる目的で
光音響セル全体を気密な箱または部屋内に置く構成も考
えられているが、この場合においても被検体の挿入・取
出し時の気密性の問題は同様に発生する。そしてこのこ
とは実際の製品、例えば半導体素子のような多数のもの
を高速でしかも連続的に検査するラインのような場合に
は到底対応することができない問題点を有していた。

つぎに前記光音響セルへの入射光の一部や被検体による
散乱光は、光音響セルの内壁や光を取り込む窓、あるい
はマイクロフォン等にあたり光音響信号を発生させるが
、この光音響信号は被検体からの光音響信号の雑音の一
つとなり感度低下の原因となるため防止する必要がある
。この対策として光音響セルの光のあたる内壁面積をで
きるだけ小さくし、かつ透明な材質で製作するなどの考
慮とともに、マイクロフォンに光があたらないように光
音響セル内におけるマイクロフォンの配置についても配
慮しなければならない、このような条件に対応するため
には光音響セルの内容積は必然的に小さくなり（例えば
約１ｄ）、同時に被検体の寸法もそれに応じた小さいも
のに制限されることになり、たとえば半導体素子のよう
な小寸法の製品であっても収容は困難で、検査対象が寸
法上かなりの制限を受けるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、被検体および気体を密
封する従来の光音響セルを使用することなく大気中にお
いて被検体に発生した光音響信号を集音できるようにし
、被検体の交換を大気中において自由に行えるようにし
て被検体の検査時間を短縮するとともに、従来に比べて
被検体寸法をそれほど制限することなく検査することが
できる光音響信号の集音装置を提供することを目的とす
る。

［ｉ［題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため１本発明の光音響信号の集音装
置は、マイクロフォンを内蔵したセルの内面を、被検体
に発生した光音響信号の波が前記セルの内面に達したの
ち反射して焦点に集中させられるように、内部を大気に
解放した回転楕円体に形成し、前記反射波の集中する回
転楕円体の焦点にマイクロフォンを位置させ、該マイク
ロフォンの位置する焦点と一対をなす回転楕円体の他の
焦点に被検体のエネルギ入射点を位置させて配置したこ
とを特徴とする。

この場合、同様の原理にて被検体上からの散乱光もマイ
クロフォンに集光され、マイクロフォン上で光音響信号
を発生してノイズ源となるため、セルの内面は反射光防
止のための塗料を塗布するか、反射防止コーティングを
行なうことが望ましい。

前記マイクロフォンの位置と被検体のエネルギ入射点を
、内面を回転楕円体に形成した同一セル内の一対の焦点
に位置させて配置すると集音は一層効果的である。

〔作用〕

回転楕円体の一対をなす各焦点に、マイクロフォンと被
検体のエネルギ入射点がそれぞれ位置させられているか
ら、被検体に発生した光音響信号の波（光音響波）は点
音源より発生したものとなり、回転楕円体の内面に達す
ると該内面で反射し、その反射波はすべて焦点位置にあ
るマイクロフォンに集中して集音される。

上記作用は、同一回転楕円体内にマイクロフォンと被検
体とを内蔵した場合はもちろん、一端側が切除された形
状の回転楕円体内の焦点にマイクロフォンが内蔵され、
該マイクロフォンの位置する焦点と一対をなす他の焦点
が、一部欠除した側の前記回転楕円体外にあって該位置
に被検体を位置させるようにした場合も同様であり、い
ずれも大気中において行われる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は第１の実施例である。図において１は被検体、
２は被検体１を載置する検査用の台でｘｙ平面に移動が
可能である。３は高感度のマイクロフォン、４は被検体
１側の端部が切除され、かつ内面４ａが回転楕円体状に
形成されているセルで、内部は大気に開放されている。

セル４の外形は任意である。マイクロフォン３はその集
音部の中心がセル４の楕円体の焦点Ｆａと一致する位置
に固定されている。５は図中実線の矢印で示すように例
えばレーザーのような集束されたエネルギ６を被検体１
に入射し、かつ被検体１の表面を走査するためのミラー
である。被検体１におけるエネルギ６の入射点は、セル
４の楕円体の焦点Ｆａと一対をなす同楕円体の他の焦点
Ｆｂに一致するように１台２またはミラー５により位置
を調整される。

またミラー５は、エネルギ６の入射により被検体１およ
びその周囲に発生する散乱光が、マイクロフォン３に直
接伝搬されないように遮蔽物の機能を有している。マイ
クロフォン３と被検体１におけるエネルギ６の入射点が
、セル４の回転楕円体の一対の焦点Ｆａ、Ｆｂにそれぞ
れ位置させて配置されていることにより、エネルギ６の
入射により焦点Ｆｂを点音源として被検体１に発生した
光音響信号の波は、一部はセル４外に散乱するが図中波
線で示すように主としてセル４内に伝搬したのち内面４
ａにて反射し、その反射波のすべてが焦点Ｆａに位置す
るマイクロフォン３に集中して集音される。

この集音作用は、回転楕円体状に形成されているセル４
の全体が集音器として効率よく作用するから、セル４を
ヘリウム等のガスを封入した気密容器にしなくても大気
に開放した状態で光音響信号を検出するのに必要なレベ
ルの集音をすることが可能になる。このため従来のよう
に気密の光音響セル内に被検体を入れて検査をする必要
がなくなり大気中における検査が可能になるから、従来
の光音響セルに被検体を出し入れする際の気密性の保持
およびガスの補充等による気密性の回復等の作業が一切
不要になり、被検体の検査時間の短縮化が図れるととも
に被検体の交換作業を容易にする。一方、被検体１によ
る散乱光は、セル４の内面４ａに達すると前記焦点Ｆｂ
を点音源とした波と同様にマイクロフォン３に集光され
ノイズの原因となるが、セル４の内面４ａに反射防止用
の塗料を塗布することによって、そのレベルを下げるこ
とが可能である。またミラー５によりマイクロフォン３
に反射光が直接伝搬されないように遮蔽されるから、雑
音が減少し偽の信号の発生が防止され検出精度を向上さ
せる効果がある。気密性を必要としないセル４の寸法は
、従来の光音響セルのように内壁面積を小さく制限しな
くてもよく任意に決めることが可能になり、たとえば一
般の半導体素子程度の寸法の被検体であれば容易に検査
を行うことができる寸法に自由に対応して大きくするこ
とが可能になる。

つぎに第２図に示す第２の実施例について説明する。図
中第１図と同符号のものは同じものまたは同じ機能のも
のを示す。図において、７は被検体１を載置しエネルギ
６の被検体１への入射位置を決めるＸＹ平面に移動可能
な台である。８は被検体１およびマイクロフォン３を内
蔵したセルで。

マイクロフォン３の装着部や台７の装着部等のごく一部
の個所を除いて内面８ａがほぼ完全な回転楕円体状に形
成されており７、かつ内部は常時大気に開放されている
。セル８の外径は任意に形成される。マイクロフォン３
と被検体１のセル８内における設置位置は、焦点Ｆａに
マイクロフォン３を、焦点Ｆａと一対をなす焦点Ｆｂに
被検体１のエネルギ６の入射点をそれぞれ位置させる。

そしてセル８には内部に被検体１を自由に出し入れでき
るように、任意の位置に図示していない窓を設けるか、
またはセル８の壁の一部分を開閉可能の構成にする。

上記構成の集音装置は、前記第１の実施例と同様の作用
・効果を奏するが、セル４に比べてセル８の形状がほぼ
完全な回転楕円体状に形成されているからその分だけ集
音効率がよく、それだけ検出感度を高められる効果を有
する 第３図は第３の実施例を示すもので、第２図の変形例で
ある。図の９はセル８と同様に内面９ａがほぼ完全な回
転楕円体状に形成され、かつ内部が大気に開放されてい
るセルである。第２の実施例に比べて、ミラー５をセル
９の外部に設置しミラー５の操作を容易にしているほか
は同様の構成になっており、作用・効果も同じであるが
、被検体１およびその周囲の散乱光を台７を遮蔽体とし
て遮蔽している点が異なる。

第４図は第１図に示す光音響信号の集音装置を検査装置
に適用した場合の具体例である。図中第１図ないし第３
図と同符号のものは同じものまたは同機能のものを示す
６図において１０はレーザー、１１は複数のレンズから
なる光学系、　１２はモニターカメラ、１３はモニター
カメラ１２の映像により台２の移動位置を制御するコン
トローラ、１４は前置増幅器、１５はロックイン増幅器
、１６はロックイン増幅器１５の出力信号を処理し検査
結果を出力する信号処理装置、１７は任意周波数の基準
パルスを発生する基準パルス発生器で、例えばファンク
ションジェネレータが使用される。

レーザー１０より出力されるレーザービームは、基準パ
ルス発生器１７により任意周波数の変調をかけられパル
ス波形２周期等が決定される。パルスビームは光学系１
１を介して集束されミラー５により被検体１の表面に照
射され、かつ走査される。

パルスビームの照射により被検体１の表面近傍に光音響
効果により光音響信号が発生し、その波が大気中を伝搬
してセル４内に入り、セル４の内面にて反射しその反射
波がセル４内の焦点に位置するマイクロフォン３に集音
される。この場合も前記各実施例と同様に被検体１のパ
ルスビームの照射点は、セル４内の焦点と一対をなす楕
円体の他の焦点と一致する位置に配置されている。図に
示すミラー５の位置、被検体１とセル４との位置関係、
パルスビームの照射方向等は第１図と異なるが、これは
装置全体の機能を理解しやすく模式的に示したからで、
具体的には集音装置は第１図と同じ構成になる。集音さ
れた光音響信号はマイクロフォン３で電気信号に変換さ
れ、変換された電気信号は前置増幅器１４およびロック
イン増幅器１５により増幅されたのち信号処理装置１６
に送られ被検体１の合否を判定する情報となるが、この
場合にも前記第１の実施例で述べた作用・効果により大
気中において効率良く検査を行うことができるから、本
発明の集音装置を適用することにより検査装置を例えば
半導体素子のような多数の製品の製造ラインに組み込ん
で使用する装置とすることが可能になる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明による光音響信号の集音装置は、
以下に記載するような効果を奏する。

マイクロフォンを内蔵したセルの内面を、該セルの内部
を大気に解放した回転楕円体に形成し、回転楕円体の一
対の焦点の一方の焦点に前記マイクロフォンを位置させ
、他方の焦点に被検体のエネルギ入射点を位置させて被
検体に発生した光音響信号を集音するようにしたことに
より、セル全体が効率のよい集音器として作用すること
になり、大気中においても被検体に発生した光音響信号
を所要のレベルで集音することが可能である。このため
被検体の検査を大気中において行うことが可能になり、
従来のできるだけ内容積を小さく制限した気密セル内で
の被検体の検査に比べて、検査時間の短縮化が図れると
ともに被検体寸法の大きさ制限を大幅に緩和することが
できる。

また、セルをほぼ完全な回転楕円体に形成し。

その同一セル内の一対の焦点にマイクロフォンと被検体
のエネルギ入射点を位置させることにより、セルが一層
集音効率のよい集音器となり、高い検出感度のもとで上
記した効果を奏することができる。

さらにマイクロフォンと被検体間に、被検体からの散乱
光がマイクロフォンに直接伝搬しないように遮蔽体を設
けたことにより、雑音が減少するとともに偽の信号の発
生が防止され検出精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる光音響信号の集音装置の第１実
施例の縦断面図、第２図および第３図は第２実施例およ
び第３実施例の縦断面図、第４図は第１実施例を検査装
置に適用した場合の具体例である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集束されたエネルギの入射により被検体に発生した
   光音響信号を、セルに内蔵したマイクロフォンで集音す
   る光音響信号の集音装置において、前記マイクロフォン
   を内蔵したセルの内部を大気に開放し、該セルの内面を
   、前記被検体に発生した光音響信号の波が前記セルの内
   面に達したのち反射して焦点に集中させられる回転楕円
   体に形成し、前記反射波の集中する回転楕円体の焦点に
   前記マイクロフォンを位置させ、該マイクロフォンの位
   置する焦点と一対をなす回転楕円体の他の焦点に被検体
   のエネルギ入射点を位置させて配置したことを特徴とす
   る光音響信号の集音装置。 ２、マイクロフォンの位置と被検体のエネルギ入射点を
   、内面を回転楕円体に形成した同一セル内の一対の焦点
   に位置させて配置した請求項１記載の光音響信号の集音
   装置。 ３、マイクロフォンと被検体との間に、被検体に発生し
   た散乱光がマイクロフォンに直接伝搬しないように遮蔽
   体を設置した請求項１記載の光音響信号の集音装置。 ４、被検体に発生した散乱光が、マイクロフォンに直接
   伝搬しないように、回転楕円体状のセル内に反射防止の
   ための塗料を塗布、または反射防止コーティングを行な
   ったことを特徴とする請求項１記載の光音響信号の集音
   装置。