JPH05288720A - 超音波振動計測による試料評価方法 - Google Patents
超音波振動計測による試料評価方法Info
- Publication number
- JPH05288720A JPH05288720A JP4090818A JP9081892A JPH05288720A JP H05288720 A JPH05288720 A JP H05288720A JP 4090818 A JP4090818 A JP 4090818A JP 9081892 A JP9081892 A JP 9081892A JP H05288720 A JPH05288720 A JP H05288720A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- ultrasonic vibration
- light
- wave
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 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，試料の機械的振動，レーザ光路
における空気層のゆらぎといった外乱などの影響を受け
ることなく試料の超音波振動を計測し得る超音波振動計
測による試料評価方法。 【構成】 パルスレーザ２からのパルス光により試料１
に所定周波数の超音波振動を誘起すると共に，Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ４により試料１に照射される測定用の放射光の
試料１での反射光（ビーム１）と放射光（ビーム２）と
の干渉光を光電変換器８により検出する際に，ビーム
１，２間で周期差を与えて検出データをビート波Ｅとな
す。発振器１１によりビート波Ｅと同位相の正弦波Ｒ１
を発生させてビート波Ｅに乗じた値の上記超音波振動の
周波数帯域の成分Ｓ１と，正弦波Ｒ１と９０°位相の異
なる正弦波Ｒ２をビート波Ｅに乗じた値の上記超音波振
動の周波数以下の成分Ｓ２との比Ｓ０に基づいて試料１
の超音波振動を計測するように構成されている。上記構
成により外乱などの影響を受けずに高精度で試料評価を
行うことができる。
る試料の反射率の変化，試料の機械的振動，レーザ光路
における空気層のゆらぎといった外乱などの影響を受け
ることなく試料の超音波振動を計測し得る超音波振動計
測による試料評価方法。 【構成】 パルスレーザ２からのパルス光により試料１
に所定周波数の超音波振動を誘起すると共に，Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ４により試料１に照射される測定用の放射光の
試料１での反射光（ビーム１）と放射光（ビーム２）と
の干渉光を光電変換器８により検出する際に，ビーム
１，２間で周期差を与えて検出データをビート波Ｅとな
す。発振器１１によりビート波Ｅと同位相の正弦波Ｒ１
を発生させてビート波Ｅに乗じた値の上記超音波振動の
周波数帯域の成分Ｓ１と，正弦波Ｒ１と９０°位相の異
なる正弦波Ｒ２をビート波Ｅに乗じた値の上記超音波振
動の周波数以下の成分Ｓ２との比Ｓ０に基づいて試料１
の超音波振動を計測するように構成されている。上記構
成により外乱などの影響を受けずに高精度で試料評価を
行うことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試料に超音波振動を誘起
し，これにより生じる試料表面の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，これにより生じる試料表面の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（Mirand
a,APPLID OPTICS Vo122,No18,P2882(1983））。ここに
６１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６
２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
次式で表される。 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）を計測することにより試料評価を行うことがで
きる。しかし，上記手法では励起光の熱拡散長内の情報
しか得られないため，試料深部を評価できない。そこ
で，図４に示す如く試料の裏面に超音波振動を誘起する
パルス光を照射し，この超音波振動を試料の表面あるい
は照射点から離れた地点で検出する（この手法も一般的
に知られている）。この時の検出データである光電変換
器６７からの電気出力も上記（１′）式で表される。た
だし，式中のＰ（ｔ）は超音波振動による試料の表面変
位による位相変化である。そして，検出される超音波振
動には超音波伝搬中の情報を含んでおり，試料内部の欠
陥，表面クラック等が検出できる。このように，マイケ
ルソン型レーザ光干渉法を応用することにより超音波振
動計測による試料深部の評価をも行うことができた。
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（Mirand
a,APPLID OPTICS Vo122,No18,P2882(1983））。ここに
６１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６
２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
次式で表される。 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）を計測することにより試料評価を行うことがで
きる。しかし，上記手法では励起光の熱拡散長内の情報
しか得られないため，試料深部を評価できない。そこ
で，図４に示す如く試料の裏面に超音波振動を誘起する
パルス光を照射し，この超音波振動を試料の表面あるい
は照射点から離れた地点で検出する（この手法も一般的
に知られている）。この時の検出データである光電変換
器６７からの電気出力も上記（１′）式で表される。た
だし，式中のＰ（ｔ）は超音波振動による試料の表面変
位による位相変化である。そして，検出される超音波振
動には超音波伝搬中の情報を含んでおり，試料内部の欠
陥，表面クラック等が検出できる。このように，マイケ
ルソン型レーザ光干渉法を応用することにより超音波振
動計測による試料深部の評価をも行うことができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし，マイケルソン
型レーザ光干渉法を応用することにより試料の超音波振
動を計測する手法では，前記（１′）式における定数Ｃ
1 ，Ｃ2 及びΦの変化が外乱として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，干渉光の信号から超音波振動を正確に計測
できない。また，試料に上下動以外の機械的振動（たわ
み，傾き振動等）が存在する場合，試料の機械的振動及
びレーザ光路における空気層のゆらぎを相殺することが
出来なくなる。これらも外乱信号となり，超音波の振動
変位の測定精度を低下させる。さらに試料の表面が粗面
の場合，反射光が散乱されてその強度，位相が変化す
る。このため，測定精度の低下を招きやすい。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，試料の機械的
振動，レーザ光路における空気層のゆらぎといった外乱
などの影響を受けず，試料の超音波振動を計測すること
のできる超音波振動計測による試料評価方法を提供する
ことである。
型レーザ光干渉法を応用することにより試料の超音波振
動を計測する手法では，前記（１′）式における定数Ｃ
1 ，Ｃ2 及びΦの変化が外乱として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，干渉光の信号から超音波振動を正確に計測
できない。また，試料に上下動以外の機械的振動（たわ
み，傾き振動等）が存在する場合，試料の機械的振動及
びレーザ光路における空気層のゆらぎを相殺することが
出来なくなる。これらも外乱信号となり，超音波の振動
変位の測定精度を低下させる。さらに試料の表面が粗面
の場合，反射光が散乱されてその強度，位相が変化す
る。このため，測定精度の低下を招きやすい。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，試料の機械的
振動，レーザ光路における空気層のゆらぎといった外乱
などの影響を受けず，試料の超音波振動を計測すること
のできる超音波振動計測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，試料に所定周波数の超音波振動を誘起する
と共に，上記試料に照射される測定用の放射光の該試料
での反射光と該放射光との干渉光を検出し，上記干渉光
の検出データに基づいて上記試料の超音波振動を計測し
て試料評価を行う超音波振動計測による試料評価方法に
おいて，上記放射光と反射光との間で所定の周期差を与
えて上記検出データを該周期差に対応するビート波とな
し，上記ビート波に対して所定の位相をなす正弦波を該
ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波数帯域の周
波数成分と，上記正弦波に対して９０°位相の異なる正
弦波を該ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波数
帯域より小さい周波数成分との比に基づいて上記試料の
超音波振動を計測することを特徴とする超音波振動計測
による試料評価方法として構成されている。又，上記干
渉光は複数の位置で検出することもできる。更に，上記
試料に照射される測定用の放射光と該放射光の該試料で
の反射光とを光ファイバにより導光することもできる。
更に，上記所定の位相を上記ビート波と同位相とするこ
ともできる。更に，上記所定の位相を変化させつつ上記
試料の超音波振動を計測することもできる。
に本発明は，試料に所定周波数の超音波振動を誘起する
と共に，上記試料に照射される測定用の放射光の該試料
での反射光と該放射光との干渉光を検出し，上記干渉光
の検出データに基づいて上記試料の超音波振動を計測し
て試料評価を行う超音波振動計測による試料評価方法に
おいて，上記放射光と反射光との間で所定の周期差を与
えて上記検出データを該周期差に対応するビート波とな
し，上記ビート波に対して所定の位相をなす正弦波を該
ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波数帯域の周
波数成分と，上記正弦波に対して９０°位相の異なる正
弦波を該ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波数
帯域より小さい周波数成分との比に基づいて上記試料の
超音波振動を計測することを特徴とする超音波振動計測
による試料評価方法として構成されている。又，上記干
渉光は複数の位置で検出することもできる。更に，上記
試料に照射される測定用の放射光と該放射光の該試料で
の反射光とを光ファイバにより導光することもできる。
更に，上記所定の位相を上記ビート波と同位相とするこ
ともできる。更に，上記所定の位相を変化させつつ上記
試料の超音波振動を計測することもできる。
【０００５】
【作用】本発明によれば，試料に所定周波数の超音波振
動を誘起すると共に，上記試料に照射される測定用の放
射光の該試料での反射光と該放射光との干渉光を検出
し，上記干渉光の検出データに基づいて上記試料の超音
波振動を計測する際に，上記放射光と反射光との間で所
定の周期差を与えることにより上記検出データが該周期
差に対応するビート波となる。上記ビート波に対して所
定の位相をなす正弦波を該ビート波に乗じた値の上記超
音波振動の周波数帯域の周波数成分と，上記正弦波に対
して９０°位相の異なる正弦波を該ビート波に乗じた値
の上記超音波振動の周波数帯域より小さい周波数成分と
の比に基づいて上記試料の超音波振動が計測される。
又，上記干渉光を複数の位置で検出することにより，試
料の表面が粗面の場合でもその表面からの反射光（散乱
光）がより確実に捕らえられるため，試面の表面状態の
影響を受けにくくなる。更に，上記試料に照射される測
定用の放射光と該放射光の該試料での反射光とを光ファ
イバにより導光することにより検出点の移動が容易とな
ると共に，試料の表面が粗面の場合でもその表面からの
散乱光がより確実に集光され，上記と同様に試料の表面
状態の影響を受けにくくなる。更に，上記所定の位相を
上記ビート波に対して同位相とすることにより該ビート
波に含まれる超音波振動成分が強調される。更に，上記
所定の位相を変化させつつ上記試料の超音波振動を計測
することにより，超音波振動成分が最も強調される位相
をカバーした計測を行うことができる。その結果，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，試料の機械的振動，レーザ光路における空気層
のゆらぎといった外乱などの影響を受けることなく試料
の超音波振動を計測することができる。
動を誘起すると共に，上記試料に照射される測定用の放
射光の該試料での反射光と該放射光との干渉光を検出
し，上記干渉光の検出データに基づいて上記試料の超音
波振動を計測する際に，上記放射光と反射光との間で所
定の周期差を与えることにより上記検出データが該周期
差に対応するビート波となる。上記ビート波に対して所
定の位相をなす正弦波を該ビート波に乗じた値の上記超
音波振動の周波数帯域の周波数成分と，上記正弦波に対
して９０°位相の異なる正弦波を該ビート波に乗じた値
の上記超音波振動の周波数帯域より小さい周波数成分と
の比に基づいて上記試料の超音波振動が計測される。
又，上記干渉光を複数の位置で検出することにより，試
料の表面が粗面の場合でもその表面からの反射光（散乱
光）がより確実に捕らえられるため，試面の表面状態の
影響を受けにくくなる。更に，上記試料に照射される測
定用の放射光と該放射光の該試料での反射光とを光ファ
イバにより導光することにより検出点の移動が容易とな
ると共に，試料の表面が粗面の場合でもその表面からの
散乱光がより確実に集光され，上記と同様に試料の表面
状態の影響を受けにくくなる。更に，上記所定の位相を
上記ビート波に対して同位相とすることにより該ビート
波に含まれる超音波振動成分が強調される。更に，上記
所定の位相を変化させつつ上記試料の超音波振動を計測
することにより，超音波振動成分が最も強調される位相
をカバーした計測を行うことができる。その結果，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，試料の機械的振動，レーザ光路における空気層
のゆらぎといった外乱などの影響を受けることなく試料
の超音波振動を計測することができる。
【０００６】
【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，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は本発明の一実施例に係る超音波振動計測によ
る試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図，図２は
他の実施例に係る部分回路図である。本実施例に係る試
料評価方法は，基本的には前記図３の従来例と同様のレ
ーザ光干渉法により試料の熱膨張振動を計測するもので
ある。しかし，本実施例では測定用放射光と試料での反
射光との間で所定の周期差を与えて，これらの光の干渉
光を処理することにより外乱要素などを除去した点で従
来例と異なる。以下，本実施例においては主として上記
従来例と異なる部分について説明し，従来例と同様の部
分については既述のとうりであるので，その詳細説明は
省略する。
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，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は本発明の一実施例に係る超音波振動計測によ
る試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図，図２は
他の実施例に係る部分回路図である。本実施例に係る試
料評価方法は，基本的には前記図３の従来例と同様のレ
ーザ光干渉法により試料の熱膨張振動を計測するもので
ある。しかし，本実施例では測定用放射光と試料での反
射光との間で所定の周期差を与えて，これらの光の干渉
光を処理することにより外乱要素などを除去した点で従
来例と異なる。以下，本実施例においては主として上記
従来例と異なる部分について説明し，従来例と同様の部
分については既述のとうりであるので，その詳細説明は
省略する。
【０００７】図１に示す如く本実施例に係る試料評価装
置Ｏでは，試料１の裏面にパルスレーザ２よりレーザ光
を照射し，試料１に超音波振動３を誘起する。超音波振
動３は試料１中を伝搬し，試料１の表面に振動変位をも
たらす。この変位をレーザ光干渉法で計測し，試料１の
内部を評価する。次に，この装置Ｏによる計測原理につ
いて述べる。測定用レーザ４として，Ｈｅ−Ｎｅレーザ
を用い，この放射光を半透鏡ＨＭ１でビーム１およびビ
ーム２に二分する。その一方（ビーム１）は音響光学変
調器５で光の振動周波数をＦｂシフトする。この光を光
ファイバの一種であるマルチモードファイバ６で導光す
る。導光されたビーム１をレンズＬで集光し，試料１に
照射する。ビーム１の試料１での反射光は，再びマルチ
モードファイバ６で導光する。そして，半透鏡ＨＭ２で
反射させ，半透鏡ＨＭ３でビーム２と干渉させる。この
干渉光を空間フィルタ７を通して光電変換器８で受光す
る。光電変換器８からの出力をフィルタ９に通した後の
信号（ビート波信号）Ｅは次式で表される。 Ｅ＝Ａ・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ） …（１） ここで，Ａは試料１の表面状態，干渉光学系等に依存す
る関数，Ｐ（ｔ）は超音波振動３による試料１の表面の
変位によるビーム１の位相変化，ΦはＰ（ｔ）が零（前
記変位が無い）のときのビーム１，ビーム２間の光路長
差による位相差である。又，一般に試料１の表面状態の
変化や機械的振動，干渉系の外乱振動，レーザ光路中の
空気層のゆらぎにより，ＡおよびΦは変動する。Ｐ
（ｔ）は試料１が超音波振動３によりＬ（ｔ）なる表面
変位を生じたとき，次式で表される。 Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）・Ｌ（ｔ） （λは光の波長） …（２）
置Ｏでは，試料１の裏面にパルスレーザ２よりレーザ光
を照射し，試料１に超音波振動３を誘起する。超音波振
動３は試料１中を伝搬し，試料１の表面に振動変位をも
たらす。この変位をレーザ光干渉法で計測し，試料１の
内部を評価する。次に，この装置Ｏによる計測原理につ
いて述べる。測定用レーザ４として，Ｈｅ−Ｎｅレーザ
を用い，この放射光を半透鏡ＨＭ１でビーム１およびビ
ーム２に二分する。その一方（ビーム１）は音響光学変
調器５で光の振動周波数をＦｂシフトする。この光を光
ファイバの一種であるマルチモードファイバ６で導光す
る。導光されたビーム１をレンズＬで集光し，試料１に
照射する。ビーム１の試料１での反射光は，再びマルチ
モードファイバ６で導光する。そして，半透鏡ＨＭ２で
反射させ，半透鏡ＨＭ３でビーム２と干渉させる。この
干渉光を空間フィルタ７を通して光電変換器８で受光す
る。光電変換器８からの出力をフィルタ９に通した後の
信号（ビート波信号）Ｅは次式で表される。 Ｅ＝Ａ・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ） …（１） ここで，Ａは試料１の表面状態，干渉光学系等に依存す
る関数，Ｐ（ｔ）は超音波振動３による試料１の表面の
変位によるビーム１の位相変化，ΦはＰ（ｔ）が零（前
記変位が無い）のときのビーム１，ビーム２間の光路長
差による位相差である。又，一般に試料１の表面状態の
変化や機械的振動，干渉系の外乱振動，レーザ光路中の
空気層のゆらぎにより，ＡおよびΦは変動する。Ｐ
（ｔ）は試料１が超音波振動３によりＬ（ｔ）なる表面
変位を生じたとき，次式で表される。 Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）・Ｌ（ｔ） （λは光の波長） …（２）
【０００８】次に，信号Ｅのビート波に対して同位相の
信号Ｒ１を生成する。即ち，発振器１１により周波数Ｆ
ｂなる正弦波信号Ｒ１を生成する。信号Ｒ１は次式で表
される。 Ｒ１＝Ｒ・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋ｓ） （Ｒ，ｓは定数） …（３） 信号Ｒ１を乗算器１０により信号Ｅに乗算して信号Ｖ１
とする。信号Ｖ１はＬ（ｔ）がλに比べ十分小さいと
き，次式で表される。 Ｖ１〜Ｋ1 ・Ａ・ｃｏｓ（Φ−ｓ） −Ｋ1 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） ＋Ｋ12・Ａ・ｃｏｓ（４πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ＋ｓ） （Ｋ1 ，Ｋ12は定数） …（４） この信号Ｖ１の第１項目はＡ，Φの外乱等による空気層
のゆらぎ等による交流成分であり，一般には数ＫHz以下
の低周波で成分である。第 2項目はＬ（ｔ）による超音
波振動成分であり，１０ＫHz〜１００ＭHz程度の周波数
帯域にある。第３項目は任意に設定可能な高周波成分で
あり，本実施例では２００ＭHz程度の高周波成分とす
る。従って，測定すべき超音波の周波数帯を透過するバ
ンドパスフィルタ１４により４式の第２項の信号Ｓ１を
抽出することができる。信号Ｓ１は次式で表される。 Ｓ１＝−Ｋ1 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） …（５） 次に，信号Ｅのビート波に対して位相が９０°異なる信
号Ｒ２を生成する。即ち，信号Ｒ１の位相を位相シフタ
１２により９０°シフトして信号Ｒ２を生成する。信号
Ｒ２は次式で表される。 Ｒ２＝Ｒ・ｓｉｎ（２πＦｂｔ＋ｓ） …（６） 信号Ｒ２を乗算器１３により信号Ｅに乗算して信号Ｖ２
とする。信号Ｖ２はＬ（ｔ）がλに比べて十分小さいと
き，次式で表される。 Ｖ２〜Ｋ2 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ） ＋Ｋ2 ・Ａ・ｃｏｓ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） −Ｋ22・Ａ・ｓｉｎ（４πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ＋ｓ） （Ｋ2 ，Ｋ22は定数） …（７） この信号Ｖ２の第１項，第２項，第３項は信号Ｖ１と同
様の各周波数帯域の周波数成分である。従って，測定す
べき超音波の周波数以下の低周波の周波数帯を透過する
ローパスフィルタ１５により７式の第一項の信号Ｓ２を
抽出することができる。信号Ｓ２は次式で表される。 Ｓ２＝Ｋ2 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ） …（８） そして，演算器１６により信号Ｓ１と信号Ｓ２との比Ｓ
０を算出する。比Ｓ０は次式で表される。 Ｓ０＝Ｋ・Ｌ（ｔ） （Ｋは定数） …（９） これにより，超音波振動Ｌ（ｔ）を求めることができ
る。
信号Ｒ１を生成する。即ち，発振器１１により周波数Ｆ
ｂなる正弦波信号Ｒ１を生成する。信号Ｒ１は次式で表
される。 Ｒ１＝Ｒ・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋ｓ） （Ｒ，ｓは定数） …（３） 信号Ｒ１を乗算器１０により信号Ｅに乗算して信号Ｖ１
とする。信号Ｖ１はＬ（ｔ）がλに比べ十分小さいと
き，次式で表される。 Ｖ１〜Ｋ1 ・Ａ・ｃｏｓ（Φ−ｓ） −Ｋ1 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） ＋Ｋ12・Ａ・ｃｏｓ（４πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ＋ｓ） （Ｋ1 ，Ｋ12は定数） …（４） この信号Ｖ１の第１項目はＡ，Φの外乱等による空気層
のゆらぎ等による交流成分であり，一般には数ＫHz以下
の低周波で成分である。第 2項目はＬ（ｔ）による超音
波振動成分であり，１０ＫHz〜１００ＭHz程度の周波数
帯域にある。第３項目は任意に設定可能な高周波成分で
あり，本実施例では２００ＭHz程度の高周波成分とす
る。従って，測定すべき超音波の周波数帯を透過するバ
ンドパスフィルタ１４により４式の第２項の信号Ｓ１を
抽出することができる。信号Ｓ１は次式で表される。 Ｓ１＝−Ｋ1 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） …（５） 次に，信号Ｅのビート波に対して位相が９０°異なる信
号Ｒ２を生成する。即ち，信号Ｒ１の位相を位相シフタ
１２により９０°シフトして信号Ｒ２を生成する。信号
Ｒ２は次式で表される。 Ｒ２＝Ｒ・ｓｉｎ（２πＦｂｔ＋ｓ） …（６） 信号Ｒ２を乗算器１３により信号Ｅに乗算して信号Ｖ２
とする。信号Ｖ２はＬ（ｔ）がλに比べて十分小さいと
き，次式で表される。 Ｖ２〜Ｋ2 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ） ＋Ｋ2 ・Ａ・ｃｏｓ（Φ−ｓ）・Ｌ（ｔ） −Ｋ22・Ａ・ｓｉｎ（４πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ＋ｓ） （Ｋ2 ，Ｋ22は定数） …（７） この信号Ｖ２の第１項，第２項，第３項は信号Ｖ１と同
様の各周波数帯域の周波数成分である。従って，測定す
べき超音波の周波数以下の低周波の周波数帯を透過する
ローパスフィルタ１５により７式の第一項の信号Ｓ２を
抽出することができる。信号Ｓ２は次式で表される。 Ｓ２＝Ｋ2 ・Ａ・ｓｉｎ（Φ−ｓ） …（８） そして，演算器１６により信号Ｓ１と信号Ｓ２との比Ｓ
０を算出する。比Ｓ０は次式で表される。 Ｓ０＝Ｋ・Ｌ（ｔ） （Ｋは定数） …（９） これにより，超音波振動Ｌ（ｔ）を求めることができ
る。
【０００９】ここで，比Ｓ０には，試料１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，試料
１の機械的振動，空気層のゆらぎ，ファイバの振動，測
定光学系の振動等，外乱により変動する上記（１）式に
おけるＡおよびΦを含んでいない。従って，これら外乱
などの影響を受けずに，安定して試料１の超音波振動を
計測できる。その結果，高精度で試料１の評価を行うこ
とができる。上記（５），（８）式において，ｓｉｎ
（Φ−ｓ）が小さい時，信号Ｓ１，Ｓ２が小さくなる。
このため，比Ｓ０の算出値の精度も低下する。この場
合，Φ−ｓを変化させることにより，ｓｉｎ（Φ−ｓ）
を大きくすることができる。これにより，比Ｓ０の算出
値の精度を低下させずに高精度で超音波振動を計測する
ことができる。Φ−ｓを変化させて測定する際に，時間
的に変化させても良いが，Φ−ｓの異なる回路を複数設
けて各々からの信号Ｓ１，Ｓ２の比Ｓ０を並列演算する
ことも可能である。又，上記実施例では，ビーム１をマ
ルチモードファイバ６で集光して，導光し，ビーム２と
干渉させる光学系としている。このため，試料１上の検
出点を移動させて広域な測定を行うことができる。そし
て，試料１が粗面の場合でもビーム１の放射光（散乱
光）をより確実に集光することができる。ビーム１は従
来例と同様に空間に放射されてもよく，この場合は，光
電変換器８を移動させるか又は複数個設けることによ
り，試料１の表面からの散乱光をより確実に捕らえて検
出することができる。このようにして，試料１の表面状
態の影響により超音波振動の計測精度が低下することを
防ぐことができる。又，上記実施例では，信号Ｒ１を信
号Ｅと同位相としている。このため，両信号Ｒ，Ｅ間で
位相が異なる場合に比べて信号Ｅに含まれる超音波振動
成分であるＬ（ｔ）が強調され，上記外乱の影響を受け
なくなる。従って，超音波振動の計測精度を向上させる
ことができる。更に，信号Ｒ１，Ｅ間の位相を変化させ
つつ，超音波振動を計測することにより，超音波振動成
分Ｌ（ｔ）が最も強調される位相をカバーした広範囲の
計測を行うこともできる。この場合，計測精度を一層高
めることができる。更に，上記実施例では信号Ｅに信号
Ｒ１と，信号Ｒ１に対して位相を９０°シフトした信号
Ｒ２とを乗算して信号Ｖ１，Ｖ２を算出したが，信号Ｒ
１の位相をシフトする代わりに信号Ｅの位相をシフトし
ても良い。即ち，図２に示す如く，位相シフタ１７によ
り信号Ｅの位相を９０°シフトすることによっても，同
様の信号Ｖ１，Ｖ２が得られ，上記実施例と同様の効果
が得られる。更に，超音波振動誘起用のパルスレーザ２
からパルス光を繰り返し照射して，各々のパルスに対す
る出力（比Ｓ０）を同期加算することにより，Ｓ／Ｎを
高めることもできる。尚，上記実施例では，試料１に超
音波振動を誘起するためにパルスレーザ２を用いたが，
実使用に際しては例えば圧電体などを利用しても何ら支
障はない。尚，上記実施例では，測定用レーザとしてＨ
ｅ−Ｎｅレーザ１を用いたが，色素レーザ等波長可変光
源を用いれば，試料３の分光的評価が可能となる。
プラズマ密度の変化等による試料の反射率の変化，試料
１の機械的振動，空気層のゆらぎ，ファイバの振動，測
定光学系の振動等，外乱により変動する上記（１）式に
おけるＡおよびΦを含んでいない。従って，これら外乱
などの影響を受けずに，安定して試料１の超音波振動を
計測できる。その結果，高精度で試料１の評価を行うこ
とができる。上記（５），（８）式において，ｓｉｎ
（Φ−ｓ）が小さい時，信号Ｓ１，Ｓ２が小さくなる。
このため，比Ｓ０の算出値の精度も低下する。この場
合，Φ−ｓを変化させることにより，ｓｉｎ（Φ−ｓ）
を大きくすることができる。これにより，比Ｓ０の算出
値の精度を低下させずに高精度で超音波振動を計測する
ことができる。Φ−ｓを変化させて測定する際に，時間
的に変化させても良いが，Φ−ｓの異なる回路を複数設
けて各々からの信号Ｓ１，Ｓ２の比Ｓ０を並列演算する
ことも可能である。又，上記実施例では，ビーム１をマ
ルチモードファイバ６で集光して，導光し，ビーム２と
干渉させる光学系としている。このため，試料１上の検
出点を移動させて広域な測定を行うことができる。そし
て，試料１が粗面の場合でもビーム１の放射光（散乱
光）をより確実に集光することができる。ビーム１は従
来例と同様に空間に放射されてもよく，この場合は，光
電変換器８を移動させるか又は複数個設けることによ
り，試料１の表面からの散乱光をより確実に捕らえて検
出することができる。このようにして，試料１の表面状
態の影響により超音波振動の計測精度が低下することを
防ぐことができる。又，上記実施例では，信号Ｒ１を信
号Ｅと同位相としている。このため，両信号Ｒ，Ｅ間で
位相が異なる場合に比べて信号Ｅに含まれる超音波振動
成分であるＬ（ｔ）が強調され，上記外乱の影響を受け
なくなる。従って，超音波振動の計測精度を向上させる
ことができる。更に，信号Ｒ１，Ｅ間の位相を変化させ
つつ，超音波振動を計測することにより，超音波振動成
分Ｌ（ｔ）が最も強調される位相をカバーした広範囲の
計測を行うこともできる。この場合，計測精度を一層高
めることができる。更に，上記実施例では信号Ｅに信号
Ｒ１と，信号Ｒ１に対して位相を９０°シフトした信号
Ｒ２とを乗算して信号Ｖ１，Ｖ２を算出したが，信号Ｒ
１の位相をシフトする代わりに信号Ｅの位相をシフトし
ても良い。即ち，図２に示す如く，位相シフタ１７によ
り信号Ｅの位相を９０°シフトすることによっても，同
様の信号Ｖ１，Ｖ２が得られ，上記実施例と同様の効果
が得られる。更に，超音波振動誘起用のパルスレーザ２
からパルス光を繰り返し照射して，各々のパルスに対す
る出力（比Ｓ０）を同期加算することにより，Ｓ／Ｎを
高めることもできる。尚，上記実施例では，試料１に超
音波振動を誘起するためにパルスレーザ２を用いたが，
実使用に際しては例えば圧電体などを利用しても何ら支
障はない。尚，上記実施例では，測定用レーザとしてＨ
ｅ−Ｎｅレーザ１を用いたが，色素レーザ等波長可変光
源を用いれば，試料３の分光的評価が可能となる。
【００１０】
【発明の効果】本発明に係る超音波振動による試料評価
方法は，上記したように構成されているため，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，試料の機械的振動，レーザ光路における空気層のゆ
らぎといった外乱などの影響を受けることなく試料の超
音波振動を計測することができる。その結果，高精度で
試料の評価を行うことができる。
方法は，上記したように構成されているため，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，試料の機械的振動，レーザ光路における空気層のゆ
らぎといった外乱などの影響を受けることなく試料の超
音波振動を計測することができる。その結果，高精度で
試料の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る超音波振動による試
料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図。
料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図。
【図２】 他の実施例に係る部分回路図。
【図３】 従来のマイケルソン型干渉法を示す説明図。
【図４】 マイケルソン型干渉法を応用して試料の超音
波振動を計測する手法を示す説明図。
波振動を計測する手法を示す説明図。
１…試料 ２…パルスレーザ（誘起用レーザ） ３…超音波 ４…Ｈｅ−Ｎｅレーザ（測定用レーザ） ５…音響光学変調器 ８…光電変換器 １０，１３…乗算器 １１…発信器 １２…位相シフタ １４…バンドパスフィルタ １５…ローパスフィルタ １６…演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳井 敏志 神戸市東灘区北青木２−10−６ Ｅ6612 (72)発明者 小川 岳夫 神戸市西区美賀多台１−４−１
Claims (5)
- 【請求項１】 試料に所定周波数の超音波振動を誘起す
ると共に，上記試料に照射される測定用の放射光の該試
料での反射光と該放射光との干渉光を検出し，上記干渉
光の検出データに基づいて上記試料の超音波振動を計測
して試料評価を行う超音波振動計測による試料評価方法
において，上記放射光と反射光との間で所定の周期差を
与えて上記検出データを該周期差に対応するビート波と
なし，上記ビート波に対して所定の位相をなす正弦波を
該ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波数帯域の
周波数成分と，上記正弦波に対して９０°位相の異なる
正弦波を該ビート波に乗じた値の上記超音波振動の周波
数帯域より小さい周波数成分との比に基づいて上記試料
の超音波振動を計測することを特徴とする超音波振動計
測による試料評価方法。 - 【請求項２】 上記干渉光を複数の位置で検出する請求
項１記載の超音波振動計測による試料評価方法。 - 【請求項３】 上記試料に照射される測定用の放射光
と，該放射光の該試料での反射光とを光ファイバにより
導光する請求項１記載の超音波振動計測による試料評価
方法。 - 【請求項４】 上記所定の位相が上記ビート波と同位相
である請求項１，２又は３記載の超音波振動計測による
試料評価方法。 - 【請求項５】 上記所定の位相を変化させつつ上記試料
の超音波振動を計測する請求項１，２又は３記載の超音
波振動計測による試料評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090818A JPH05288720A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 超音波振動計測による試料評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090818A JPH05288720A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 超音波振動計測による試料評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288720A true JPH05288720A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=14009181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4090818A Pending JPH05288720A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 超音波振動計測による試料評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05288720A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011013130A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 基板内部検査装置、基板内部検査方法、及び基板の製造方法 |
| CN103234941A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-07 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置及方法 |
| CN103234912A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-07 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 超音速切向气流下材料激光反射率动态测量装置及方法 |
| US9134279B2 (en) | 2010-08-27 | 2015-09-15 | Hitachi, Ltd. | Internal defect inspection method and apparatus for the same |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP4090818A patent/JPH05288720A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011013130A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 基板内部検査装置、基板内部検査方法、及び基板の製造方法 |
| US9134279B2 (en) | 2010-08-27 | 2015-09-15 | Hitachi, Ltd. | Internal defect inspection method and apparatus for the same |
| CN103234941A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-07 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 亚声速切向气流下材料激光反射率动态测量装置及方法 |
| CN103234912A (zh) * | 2013-04-17 | 2013-08-07 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 超音速切向气流下材料激光反射率动态测量装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nelson et al. | High sensitivity surface plasmon resonace sensor based on phase detection | |
| US8850867B2 (en) | Photoacoustic sensor and method for the production and use thereof | |
| KR20000068090A (ko) | 슈퍼헤테로다인 간섭계 및 전자 주파수 증배를 사용하여 공기의굴절률을 보상하기 위한 방법 | |
| JPH07311182A (ja) | 光熱変位計測による試料評価方法 | |
| CN111045070B (zh) | 一种基于差分干涉仪测量被捕获冷原子的系统及方法 | |
| KR100721783B1 (ko) | 투명 재료의 두께를 측정하기 위한 방법 및 장치 | |
| JP3029757B2 (ja) | 光熱変位計測による試料評価方法 | |
| JPH05288720A (ja) | 超音波振動計測による試料評価方法 | |
| JP3150239B2 (ja) | 微小周期振動変位の測定装置 | |
| JPH05288721A (ja) | 光熱変位計測による試料評価方法 | |
| JPH0749922B2 (ja) | 光計測装置 | |
| JP2923779B1 (ja) | 超音波検出用光干渉装置 | |
| JPH11190670A (ja) | 表面温度測定装置及び表面温度測定方法 | |
| US5805282A (en) | Method and apparatus for coherence observation by interference noise | |
| JP2003270055A (ja) | 内部温度分布測定装置及び内部温度分布測定方法 | |
| RU2060475C1 (ru) | Способ измерения амплитуд гармонических колебаний | |
| JPH05288698A (ja) | 光熱変位計測による試料評価方法 | |
| JP2735348B2 (ja) | 熱膨張振動を用いた単一光源による試料評価方法 | |
| KR100588532B1 (ko) | 반사형 광검지기를 이용한 초음파 측정장치 | |
| JPH04273048A (ja) | 熱膨張振動を用いた試料評価方法 | |
| JP2705752B2 (ja) | 屈折率の測定方法および性状特性の測定方法 | |
| JPH0921752A (ja) | 光熱変位計測方法 | |
| JP2629319B2 (ja) | 膜厚モニター装置 | |
| JP2735368B2 (ja) | 熱膨張振動を用いた試料評価方法 | |
| JPH07159114A (ja) | 微小変位計 |