JPH08193893A - ラマン応力測定装置 - Google Patents
ラマン応力測定装置Info
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- JPH08193893A JPH08193893A JP470795A JP470795A JPH08193893A JP H08193893 A JPH08193893 A JP H08193893A JP 470795 A JP470795 A JP 470795A JP 470795 A JP470795 A JP 470795A JP H08193893 A JPH08193893 A JP H08193893A
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- Japan
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- stress
- raman
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- laser light
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ラマンスペクトルピーク位置の測定精度の高精
度化。 【構成】レーザ光源１と対物レンズ５，分光器９，検出
器１０をレーザ光源１の光路上に順次備えたラマン応力
測定装置で、応力が測定される第一の試料と、第一の試
料と同じ材料に応力を加えた第二の試料から構成され
る。
度化。 【構成】レーザ光源１と対物レンズ５，分光器９，検出
器１０をレーザ光源１の光路上に順次備えたラマン応力
測定装置で、応力が測定される第一の試料と、第一の試
料と同じ材料に応力を加えた第二の試料から構成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はラマン活性材料の応力測
定装置に係り、特に、ラマンスペクトルピーク位置波数
精度が０.０１〜０.０５cm~1を必要とする装置に関す
る。
定装置に係り、特に、ラマンスペクトルピーク位置波数
精度が０.０１〜０.０５cm~1を必要とする装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のラマン応力測定方法及び装置は、
リアライズ社，日本工業技術新興協会発行（１９９２
年），金原 粲編集の「薄膜の力学特性評価技術」の２
６４ページから２７１ページにおいて内容が論じられて
いる。
リアライズ社，日本工業技術新興協会発行（１９９２
年），金原 粲編集の「薄膜の力学特性評価技術」の２
６４ページから２７１ページにおいて内容が論じられて
いる。
【０００３】レーザ光線にはそのレーザ波長の他にプラ
ズマによる微弱光（以下、自然放出光と呼ぶ）が含ま
れ、この自然放出光の波長は温度等によって変動しな
い。これに対して分光器の絶対波数精度は環境温度，分
光器のバックラッシュ等により０.１cm~1 程度変化す
る。そのため、測定試料のラマンスペクトルと自然放出
光を同時に測定することによって、周囲温度の変化によ
るドリフト及びバックラッシュの補償が行われており、
ピーク波数誤差０.０１〜０.０５cm~1と自然放出光を考
慮しない場合に比較して約１／１０まで測定精度を高め
ていた。
ズマによる微弱光（以下、自然放出光と呼ぶ）が含ま
れ、この自然放出光の波長は温度等によって変動しな
い。これに対して分光器の絶対波数精度は環境温度，分
光器のバックラッシュ等により０.１cm~1 程度変化す
る。そのため、測定試料のラマンスペクトルと自然放出
光を同時に測定することによって、周囲温度の変化によ
るドリフト及びバックラッシュの補償が行われており、
ピーク波数誤差０.０１〜０.０５cm~1と自然放出光を考
慮しない場合に比較して約１／１０まで測定精度を高め
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記自然放出光はレー
ザ光源から必ず放出される。しかし、測定試料のラマン
スペクトルのピーク位置近くに必ずあるとは限らず、自
然放出光と測定試料のラマンスペクトルを同時に測定す
ることは難しい。そのため、常に高いピーク波数精度を
達成することはできなかった。
ザ光源から必ず放出される。しかし、測定試料のラマン
スペクトルのピーク位置近くに必ずあるとは限らず、自
然放出光と測定試料のラマンスペクトルを同時に測定す
ることは難しい。そのため、常に高いピーク波数精度を
達成することはできなかった。
【０００５】本発明の目的はラマンスペクトルのピーク
波数精度を自然放出光を利用しないで高められる装置を
提供することにある。
波数精度を自然放出光を利用しないで高められる装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明ではレーザ光源と対物レンズ，分光器，検出
器をレーザ光源の光路上に順次備え、レーザ光源の光路
上に、応力を測定する第一の試料と同じ材料に、応力を
加えた第二の試料（以下、応力負荷試料と呼ぶ）を配置
させた。
め、本発明ではレーザ光源と対物レンズ，分光器，検出
器をレーザ光源の光路上に順次備え、レーザ光源の光路
上に、応力を測定する第一の試料と同じ材料に、応力を
加えた第二の試料（以下、応力負荷試料と呼ぶ）を配置
させた。
【０００７】また、別の発明では、レーザ光源と対物レ
ンズ，分光器，検出器をレーザ光源の光路上に順次備
え、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を分岐する
ためのビームスプリッタを、前記レーザ光源の光路上に
配置し、応力を測定するための第一の試料を、分岐され
た一方のレーザ光の光路上に配置し、応力負荷材料を他
方のレーザ光の光路上に配置し、第一及び第二の試料か
ら得られた散乱光を分光器に導くためのハーフミラーを
双方の光軸上に配置させた。
ンズ，分光器，検出器をレーザ光源の光路上に順次備
え、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を分岐する
ためのビームスプリッタを、前記レーザ光源の光路上に
配置し、応力を測定するための第一の試料を、分岐され
た一方のレーザ光の光路上に配置し、応力負荷材料を他
方のレーザ光の光路上に配置し、第一及び第二の試料か
ら得られた散乱光を分光器に導くためのハーフミラーを
双方の光軸上に配置させた。
【０００８】
【作用】ラマンスペクトルは試料に応力を負荷するとそ
のピーク位置が変化する。引張り応力の場合、低い波数
側に、圧縮応力の場合、高い波数側に変化し、例えば、
材料がＳｉの場合の変化量は２５０ＭＰａ／cm~1であ
る。本発明によれば自然放出光に代わって基準波数光を
放出する試料をレーザの光軸上に配置し、この試料と応
力測定試料からのラマンスペクトルを同時に測定できる
ようにしたため、０.０１〜０.０５cm~1の高いピーク波
数精度を可能とした。
のピーク位置が変化する。引張り応力の場合、低い波数
側に、圧縮応力の場合、高い波数側に変化し、例えば、
材料がＳｉの場合の変化量は２５０ＭＰａ／cm~1であ
る。本発明によれば自然放出光に代わって基準波数光を
放出する試料をレーザの光軸上に配置し、この試料と応
力測定試料からのラマンスペクトルを同時に測定できる
ようにしたため、０.０１〜０.０５cm~1の高いピーク波
数精度を可能とした。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１０】図１は、本発明によるラマンスペクトル測
定装置の一実施例を示すブロック図である。本装置はレ
ーザ光源１と，ハーフミラー２，３と，ハーフミラー
（移動可能）４と，対物レンズ５と，光源６（レーザ光
源もしくは干渉性のない光源）と，カメラ７と，応力負
荷材料８と，分光器９と，検出器１０と，コンピュータ
１１と，画像処理装置１２を備えており、シリコン，ゲ
ルマニウム，ガリウム・砒素化合物半導体や、カーボ
ン，グラファイト，ダイヤモンド，セラミックス材料及
びラマン活性であるその他のラマン応力測定に有効であ
る。この応力負荷材料８の表面で発生している応力値が
判明していても、判らなくてもよい。さらに、この応力
負荷材料８は試料１４とのラマンスペクトルのピーク位
置が０.５ 〜１００cm~1の範囲のものでもよい。
定装置の一実施例を示すブロック図である。本装置はレ
ーザ光源１と，ハーフミラー２，３と，ハーフミラー
（移動可能）４と，対物レンズ５と，光源６（レーザ光
源もしくは干渉性のない光源）と，カメラ７と，応力負
荷材料８と，分光器９と，検出器１０と，コンピュータ
１１と，画像処理装置１２を備えており、シリコン，ゲ
ルマニウム，ガリウム・砒素化合物半導体や、カーボ
ン，グラファイト，ダイヤモンド，セラミックス材料及
びラマン活性であるその他のラマン応力測定に有効であ
る。この応力負荷材料８の表面で発生している応力値が
判明していても、判らなくてもよい。さらに、この応力
負荷材料８は試料１４とのラマンスペクトルのピーク位
置が０.５ 〜１００cm~1の範囲のものでもよい。
【００１１】光源６から出射された光１３はハーフミラ
ー３及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射される。
この時、ハーフミラー４は光軸上に存在しないように移
動させる。試料１４から出た反射光（散乱光も含む）１
５はハーフミラー３，２を介し、カメラ７に入り、試料
１４の画像化を行う。その後、試料１４の応力測定位置
とレーザの照射位置を合わせる。レーザ光源１から出射
されたレーザ光線１６（レーザパワーは試料１４表面で
１〜１００ｍＷ、波長は０.１ 〜数μｍ）はハーフミラ
ー２，３，４及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射
（レーザのスポット径は試料上で０.１μｍ 〜数mm）さ
れる。この時、ハーフミラー３は光路上に存在しないよ
うにしてもよい。試料１４からの反射光１５は応力負荷
材料８を介し、分光器９に導かれ、検出器１０でラマン
スペクトルが検出される。この時、応力負荷材料８を図
２に示すようにレーザ光源１と対物レンズ５の間に設け
てもよい。得られたラマンスペクトルはコンピュータ１
１に読み込まれ、ラマンスペクトルピーク位置，スペク
トル強度，半値幅（半値半幅でも可）が画像処理装置１
２に表示される。このような構成とすることによって、
試料１４と応力負荷材料８のラマンスペクトルを同時に
測定することが可能となり、試料１４からのラマンスペ
クトルピーク位置決定を応力負荷材料８からのラマンス
ペクトルのピーク位置を基準に計算できるため、０.０
１〜０.０５cm~1の高いピーク波数位置決め精度が達成
される。
ー３及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射される。
この時、ハーフミラー４は光軸上に存在しないように移
動させる。試料１４から出た反射光（散乱光も含む）１
５はハーフミラー３，２を介し、カメラ７に入り、試料
１４の画像化を行う。その後、試料１４の応力測定位置
とレーザの照射位置を合わせる。レーザ光源１から出射
されたレーザ光線１６（レーザパワーは試料１４表面で
１〜１００ｍＷ、波長は０.１ 〜数μｍ）はハーフミラ
ー２，３，４及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射
（レーザのスポット径は試料上で０.１μｍ 〜数mm）さ
れる。この時、ハーフミラー３は光路上に存在しないよ
うにしてもよい。試料１４からの反射光１５は応力負荷
材料８を介し、分光器９に導かれ、検出器１０でラマン
スペクトルが検出される。この時、応力負荷材料８を図
２に示すようにレーザ光源１と対物レンズ５の間に設け
てもよい。得られたラマンスペクトルはコンピュータ１
１に読み込まれ、ラマンスペクトルピーク位置，スペク
トル強度，半値幅（半値半幅でも可）が画像処理装置１
２に表示される。このような構成とすることによって、
試料１４と応力負荷材料８のラマンスペクトルを同時に
測定することが可能となり、試料１４からのラマンスペ
クトルピーク位置決定を応力負荷材料８からのラマンス
ペクトルのピーク位置を基準に計算できるため、０.０
１〜０.０５cm~1の高いピーク波数位置決め精度が達成
される。
【００１２】さらに、本発明によるラマンスペクトル測
定装置の別の構成を図３を用いて説明する。本装置はレ
ーザ光源１と，ハーフミラー２，３と，ハーフミラー
（移動可能）４と，対物レンズ５と，光源６（レーザ光
源もしくは干渉性のない光源）と，カメラ７と，応力負
荷材料８と，分光器９と，検出器１０と，コンピュータ
１１と，画像処理装置１２と，ビームスプリッター１７
を備えており、シリコン，ゲルマニウム，ガリウム・砒
素化合物半導体や、カーボン，グラファイト，ダイヤモ
ンド，セラミックス材料及びラマン活性であるその他の
ラマン応力測定に有効である。この応力負荷材料８の表
面で発生している応力値が判明していても、判らなくて
もよい。さらに、この応力負荷材料８は試料１４とのラ
マンスペクトルのピーク位置が０.５ 〜１００cm~1の範
囲のものでもよい。光源６からでた光１３はハーフミラ
ー３及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射される。
この時、ハーフミラー４は光軸上に存在しないように移
動させる。試料１４からでた反射光１５（散乱光も含
む）はハーフミラー３，２を介し、カメラ７に入り、試
料１４の画像化を行う。その後、試料１４の応力測定位
置とレーザの照射位置を合わせる。レーザ光源１から出
射されたレーザ光線１６（レーザパワーは試料１４表面
で１〜１００ｍＷ、波長は０.１ 〜数μｍ）はビームス
プリッター１７で二つに分けられ、一方は応力負荷材料
８に、他方はハーフミラー２に照射される。ハーフミラ
ー２に照射されたレーザ光線１６はハーフミラー３，４
及び対物レンズ５を介して、試料１４に照射される。反
射光１５が対物レンズ５，ハーフミラー４を介して分光
器９に導かれる。応力負荷材料８からの反射光１８はハ
ーフミラー４を介して、分光器９に導かれ、反射光１
５，反射光１８は同時に分光器９で分光され、検出器１
０でラマンスペクトルが検出される。得られたラマンス
ペクトルはコンピュータ１１に読み込まれ、ラマンスペ
クトルピーク位置，スペクトル強度，半値幅（半値半幅
でも可）が画像処理装置１２に表示される。このような
構成とすることによって、試料１４と応力負荷材料８の
ラマンスペクトルを同時に測定することが可能となり、
試料１４からのラマンスペクトルピーク位置決定を、応
力負荷材料８からのラマンスペクトルのピーク位置を基
準に計算できるため、０.０１〜０.０５cm~1の高いピー
ク波数位置決め精度が達成される。
定装置の別の構成を図３を用いて説明する。本装置はレ
ーザ光源１と，ハーフミラー２，３と，ハーフミラー
（移動可能）４と，対物レンズ５と，光源６（レーザ光
源もしくは干渉性のない光源）と，カメラ７と，応力負
荷材料８と，分光器９と，検出器１０と，コンピュータ
１１と，画像処理装置１２と，ビームスプリッター１７
を備えており、シリコン，ゲルマニウム，ガリウム・砒
素化合物半導体や、カーボン，グラファイト，ダイヤモ
ンド，セラミックス材料及びラマン活性であるその他の
ラマン応力測定に有効である。この応力負荷材料８の表
面で発生している応力値が判明していても、判らなくて
もよい。さらに、この応力負荷材料８は試料１４とのラ
マンスペクトルのピーク位置が０.５ 〜１００cm~1の範
囲のものでもよい。光源６からでた光１３はハーフミラ
ー３及び対物レンズ５を介し、試料１４に照射される。
この時、ハーフミラー４は光軸上に存在しないように移
動させる。試料１４からでた反射光１５（散乱光も含
む）はハーフミラー３，２を介し、カメラ７に入り、試
料１４の画像化を行う。その後、試料１４の応力測定位
置とレーザの照射位置を合わせる。レーザ光源１から出
射されたレーザ光線１６（レーザパワーは試料１４表面
で１〜１００ｍＷ、波長は０.１ 〜数μｍ）はビームス
プリッター１７で二つに分けられ、一方は応力負荷材料
８に、他方はハーフミラー２に照射される。ハーフミラ
ー２に照射されたレーザ光線１６はハーフミラー３，４
及び対物レンズ５を介して、試料１４に照射される。反
射光１５が対物レンズ５，ハーフミラー４を介して分光
器９に導かれる。応力負荷材料８からの反射光１８はハ
ーフミラー４を介して、分光器９に導かれ、反射光１
５，反射光１８は同時に分光器９で分光され、検出器１
０でラマンスペクトルが検出される。得られたラマンス
ペクトルはコンピュータ１１に読み込まれ、ラマンスペ
クトルピーク位置，スペクトル強度，半値幅（半値半幅
でも可）が画像処理装置１２に表示される。このような
構成とすることによって、試料１４と応力負荷材料８の
ラマンスペクトルを同時に測定することが可能となり、
試料１４からのラマンスペクトルピーク位置決定を、応
力負荷材料８からのラマンスペクトルのピーク位置を基
準に計算できるため、０.０１〜０.０５cm~1の高いピー
ク波数位置決め精度が達成される。
【００１３】
【発明の効果】本発明によればレーザの自然放出光が測
定試料のラマンスペクトルの近くに存在しなくとも０.
０１〜０.０５cm~1のピーク波数精度を達成することが
できる。
定試料のラマンスペクトルの近くに存在しなくとも０.
０１〜０.０５cm~1のピーク波数精度を達成することが
できる。
【図１】本発明の実施例１のラマン応力測定装置のブロ
ック図。
ック図。
【図２】実施例１の他のラマン応力測定装置のブロック
図。
図。
【図３】本発明の実施例２のラマン応力測定装置のブロ
ック図。
ック図。
１…レーザ光源、２，３，４…ハーフミラー、５…対物
レンズ、６…光源、７…カメラ、８…応力負荷材料、９
…分光器、１０…検出器、１１…コンピュータ、１２…
画像処理装置、１３…光、１４…試料、１５…反射光、
１６…レーザ光。
レンズ、６…光源、７…カメラ、８…応力負荷材料、９
…分光器、１０…検出器、１１…コンピュータ、１２…
画像処理装置、１３…光、１４…試料、１５…反射光、
１６…レーザ光。
Claims (13)
- 【請求項１】レーザ光源と対物レンズ，分光器，検出器
を前記レーザ光源の光路上に順次備えたラマン応力測定
装置において、前記レーザ光源の光路上に、応力を測定
する第一の試料と同じ材料に、応力を加えた第二の試料
を有することを特徴とするラマン応力測定装置。 - 【請求項２】請求項１において、既知の応力を加えた、
前記第二の試料を有するラマン応力測定装置。 - 【請求項３】レーザ光源と対物レンズ，分光器，検出器
を前記レーザ光源の光路上に順次備えたラマン応力測定
装置において、前記レーザ光源と対物レンズの間の光路
上に、応力を測定する第一の試料と同じ材料に、応力を
加えた第二の試料を有することを特徴とするラマン応力
測定装置。 - 【請求項４】請求項３において、既知の応力を加えた前
記第二の試料を有するラマン応力測定装置。 - 【請求項５】レーザ光源と対物レンズ，分光器，検出器
を前記レーザ光源の光路上に順次備えたラマン応力測定
装置において、前記対物レンズと前記分光器の間の光路
上に、応力を測定する第一の試料と同じ材料に、応力を
加えた第二の試料を有することを特徴とするラマン応力
測定装置。 - 【請求項６】請求項５において、既知の応力を加えた前
記第二の試料を有するラマン応力測定装置。 - 【請求項７】レーザ光源と対物レンズ，分光器，検出器
を前記レーザ光源の光路上に順次備えたラマン応力測定
装置において、前記レーザ光源から照射されるレーザ光
を分岐するためのビームスプリッタを、前記レーザ光源
の前記光路上に配置し、応力を測定するための第一の試
料を、分岐された一方のレーザ光の光路上に配置し、前
記第一の試料と同じ材料に応力を負荷した第二の試料を
他方のレーザ光の光路上に配置し、前記第一及び第二の
試料から得られた散乱光を分光器に導くためのハーフミ
ラーを、双方の光軸上に配置させたことを特徴とするラ
マン応力測定装置。 - 【請求項８】請求項７において、既知の応力を加えた、
前記第二の試料を有するラマン応力測定装置。 - 【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７または
８において、前記第二の試料として、前記第一の試料に
対してラマンスペクトルピーク位置が０.５〜１００cm~
1 以内に存在する試料を設けたラマン応力測定装置。 - 【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８において、４点曲げ法によって応力を加えられた第
二の試料を設置したラマン応力測定装置。 - 【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８において、前記第一の試料と同一材料の片面に、前
記第一の試料と異なる試料を堆積させることによって応
力を加えられた第二の試料を設置したラマン応力測定装
置。 - 【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０または１１において、前記レーザ光源と前
記対物レンズ，前記検出器を０.１ 〜数μｍのいずれか
の波長で使用できるようにしたラマン応力測定装置。 - 【請求項１３】請求項１２において、前記レーザ光源か
ら出射されるレーザ光の最小スポット径が０.１μｍ 〜
数mmのいずれかであるラマン応力測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP470795A JPH08193893A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | ラマン応力測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP470795A JPH08193893A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | ラマン応力測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08193893A true JPH08193893A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=11591363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP470795A Pending JPH08193893A (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | ラマン応力測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08193893A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003076888A1 (fr) | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Horiba,Ltd. | Procede et appareil de mesure de contrainte |
| CN110514332A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-11-29 | 福州大学 | 一种应力测试标定实验平台及其实验方法 |
-
1995
- 1995-01-17 JP JP470795A patent/JPH08193893A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003076888A1 (fr) | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Horiba,Ltd. | Procede et appareil de mesure de contrainte |
| EP1484589A1 (en) * | 2002-03-14 | 2004-12-08 | Horiba, Ltd | Stress measuring method and stress measuring device |
| EP1484589A4 (en) * | 2002-03-14 | 2007-09-05 | Horiba Ltd | LOAD MEASURING METHOD AND LOAD MEASURING DEVICE |
| CN110514332A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-11-29 | 福州大学 | 一种应力测试标定实验平台及其实验方法 |
| CN110514332B (zh) * | 2019-09-29 | 2024-02-06 | 福州大学 | 一种应力测试标定实验平台及其实验方法 |
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