JPH0921752A - 光熱変位計測方法 - Google Patents
光熱変位計測方法Info
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- JPH0921752A JPH0921752A JP17209995A JP17209995A JPH0921752A JP H0921752 A JPH0921752 A JP H0921752A JP 17209995 A JP17209995 A JP 17209995A JP 17209995 A JP17209995 A JP 17209995A JP H0921752 A JPH0921752 A JP H0921752A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ノイズの影響をほとんど受けることなく，光
熱変位を精度よく測定することのできる光熱変位計測方
法。 【構成】 レーザ１から照射されたレーザ光を音響光学
変調器２に入射することにより，複数の回折光を生成
し，これらを試料４の表面に集光して照射し，上記回折
光の一部による上記試料表面からの反射光を光電変換器
７により検出し，その信号における位相に基づいて上記
試料表面の光熱変位を計算機１１等により計測するよう
に構成されている。上記構成により，ノイズの影響をほ
とんど受けることなく光熱変位を高精度に計測すること
ができる。
熱変位を精度よく測定することのできる光熱変位計測方
法。 【構成】 レーザ１から照射されたレーザ光を音響光学
変調器２に入射することにより，複数の回折光を生成
し，これらを試料４の表面に集光して照射し，上記回折
光の一部による上記試料表面からの反射光を光電変換器
７により検出し，その信号における位相に基づいて上記
試料表面の光熱変位を計算機１１等により計測するよう
に構成されている。上記構成により，ノイズの影響をほ
とんど受けることなく光熱変位を高精度に計測すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，光熱変位計測方法
に係り，例えば試料の熱弾性特性評価や欠陥検出に用い
られる光熱変位計測方法に関するものである。
に係り，例えば試料の熱弾性特性評価や欠陥検出に用い
られる光熱変位計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】試料に周期的に強度変調させた励起光を
照射すると，試料は励起光の吸収により発熱し熱膨張す
る。この時励起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，熱膨張による
試料表面の変位も周期的になる。この熱膨張（即ち光熱
変位）を測定光を用いて計測することにより，試料を評
価する手法は光熱変位計測技術として広く知られてい
る。例えば，光熱変位を非接触で計測する際に，レーザ
光干渉法を用いる手法（Miranda:APPLID OPTICS Vo122,
No18, P2882(1983)）や，さらに測定光に励起光を用い
た手法（特開平３−２６９３４６号公報）等が挙げられ
る。 図４は測定光に励起光を用いた手法による従来の
光熱変位計測方法を適用可能な装置の一例における概略
構成を示す模式図である。同図において，レーザ光源５
１からのレーザ光を音響光学変調器５２によって強度変
調し，周波数シフタ５３，偏光ビームスプリッタ５４，
１／４波長板５５及びレンズ５６を介して試料５７に照
射する。そして，試料５７からの反射光と，偏光ビーム
スプリッタ５４によりレーザ光の一部を取り出して参照
ミラー５８で反射させた参照光とを干渉させ，偏光板５
９を介して光電変換器６０により受光する。この時の光
電変換器６０の出力Ｖは次式で表される。 Ｖ＝Ｃ１＋Ｃ２・Ａ（ｔ）・ cos｛２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ｝…（１′） ここで，Ｃ１，Ｃ２及びφは試料５７や干渉計の構成，
光電変換係数等に依存する定数であり，Ａ（ｔ）は，音
響光学変調器５２による強度変化度合に依存する因子で
ある。また，Ｆｂは音響光学変調器５２の搬送波の周波
数であり，Ｐ（ｔ）はレーザ光照射による試料５７の光
熱変位による位相変化である。この位相変化を，フィル
タ６１，コンパレータ６２，乗算器６３，フィルタ６４
及び同期検波器６５を用いて計測することにより光熱変
位を算出し試料評価する。
照射すると，試料は励起光の吸収により発熱し熱膨張す
る。この時励起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，熱膨張による
試料表面の変位も周期的になる。この熱膨張（即ち光熱
変位）を測定光を用いて計測することにより，試料を評
価する手法は光熱変位計測技術として広く知られてい
る。例えば，光熱変位を非接触で計測する際に，レーザ
光干渉法を用いる手法（Miranda:APPLID OPTICS Vo122,
No18, P2882(1983)）や，さらに測定光に励起光を用い
た手法（特開平３−２６９３４６号公報）等が挙げられ
る。 図４は測定光に励起光を用いた手法による従来の
光熱変位計測方法を適用可能な装置の一例における概略
構成を示す模式図である。同図において，レーザ光源５
１からのレーザ光を音響光学変調器５２によって強度変
調し，周波数シフタ５３，偏光ビームスプリッタ５４，
１／４波長板５５及びレンズ５６を介して試料５７に照
射する。そして，試料５７からの反射光と，偏光ビーム
スプリッタ５４によりレーザ光の一部を取り出して参照
ミラー５８で反射させた参照光とを干渉させ，偏光板５
９を介して光電変換器６０により受光する。この時の光
電変換器６０の出力Ｖは次式で表される。 Ｖ＝Ｃ１＋Ｃ２・Ａ（ｔ）・ cos｛２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋φ｝…（１′） ここで，Ｃ１，Ｃ２及びφは試料５７や干渉計の構成，
光電変換係数等に依存する定数であり，Ａ（ｔ）は，音
響光学変調器５２による強度変化度合に依存する因子で
ある。また，Ｆｂは音響光学変調器５２の搬送波の周波
数であり，Ｐ（ｔ）はレーザ光照射による試料５７の光
熱変位による位相変化である。この位相変化を，フィル
タ６１，コンパレータ６２，乗算器６３，フィルタ６４
及び同期検波器６５を用いて計測することにより光熱変
位を算出し試料評価する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
光熱変位計測方法では，音響光学変調器における強度変
調によるレーザ光の位相変化が，光熱変位の位相変化に
重畳されてノイズとなるため，精度良く光熱変位を計測
することができない。本発明は，このような従来の技術
における課題を解決するために，光熱変位計測方法を改
良し，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱変
位を精度良く計測することのできる光熱変位計測方法を
提供することを目的とするものである。
光熱変位計測方法では，音響光学変調器における強度変
調によるレーザ光の位相変化が，光熱変位の位相変化に
重畳されてノイズとなるため，精度良く光熱変位を計測
することができない。本発明は，このような従来の技術
における課題を解決するために，光熱変位計測方法を改
良し，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱変
位を精度良く計測することのできる光熱変位計測方法を
提供することを目的とするものである。
【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，複数の周波数の光を試料表面に集光して
照射し，上記光の一部による上記試料表面からの反射光
の位相に基づいて該試料表面の光熱変位を計測してなる
光熱変位計測方法として構成されている。更には，上記
複数の周波数の光が，複数の周波数の搬送波を重畳した
信号により駆動された音響光学変調器にレーザ光を入射
することにより該変調器より出射される光である光熱変
位計測方法である。更には，上記音響光学変調器の駆動
信号が，ある周波数の搬送波と時間的に変化する周波数
である他の周波数の搬送波とを重畳した信号である光熱
変位計測方法である。更には，上記音響光学変調器の駆
動信号が，ある周波数の搬送波と他の単一周波数の搬送
波とを重畳した信号である光熱変位計測方法である。更
には，上記反射光とは光周波数が異なる光と，該反射光
とを干渉させて光電変換したときの信号に含まれるビー
ト波の位相に基づいて上記光熱変位を計測する光熱変位
計測方法である。
に，本発明は，複数の周波数の光を試料表面に集光して
照射し，上記光の一部による上記試料表面からの反射光
の位相に基づいて該試料表面の光熱変位を計測してなる
光熱変位計測方法として構成されている。更には，上記
複数の周波数の光が，複数の周波数の搬送波を重畳した
信号により駆動された音響光学変調器にレーザ光を入射
することにより該変調器より出射される光である光熱変
位計測方法である。更には，上記音響光学変調器の駆動
信号が，ある周波数の搬送波と時間的に変化する周波数
である他の周波数の搬送波とを重畳した信号である光熱
変位計測方法である。更には，上記音響光学変調器の駆
動信号が，ある周波数の搬送波と他の単一周波数の搬送
波とを重畳した信号である光熱変位計測方法である。更
には，上記反射光とは光周波数が異なる光と，該反射光
とを干渉させて光電変換したときの信号に含まれるビー
ト波の位相に基づいて上記光熱変位を計測する光熱変位
計測方法である。
【０００５】本発明によれば，複数の周波数の光が試料
表面に集光して照射され，上記回折光の一部による上記
試料表面からの反射光の位相に基づいて該試料表面の光
熱変位が計測される。従って，従来例におけるような強
度変調に伴う光の位相変化（ノイズ）は発生しない。そ
の結果，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱
変位を精度良く計測することができる。
表面に集光して照射され，上記回折光の一部による上記
試料表面からの反射光の位相に基づいて該試料表面の光
熱変位が計測される。従って，従来例におけるような強
度変調に伴う光の位相変化（ノイズ）は発生しない。そ
の結果，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱
変位を精度良く計測することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】及び
【実施例】以下添付図面を参照して，本発明の実施の形
態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態及び実施例は，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は本発明の実施の形態及び
実施例に係る光熱変位計測装置の概略構成を示す模式
図，図２は音響光学変調器の動作原理を示す説明図，図
３は本発明の他の実施例を示す説明図である。本発明に
係る光熱変位計測方法は，複数の周波数の光を試料表面
に集光して照射し，上記光の一部による上記試料表面か
らの反射光の位相に基づいて該試料表面の光熱変位を計
測するものである。本方法は，例えば図１に示すような
装置によって具現化される。以下，この装置の動作を通
じて本方法を更に詳しく述べる。図１において，光周波
数ＦｐのＹＡＧレーザ１からのレーザ光を音響光学変調
器２に入射する。ここでは，この音響光学変調器２は周
波数Ｆ１の搬送波及び周波数Ｆ２の搬送波とを重畳した
信号によってドライブされている。この時，周波数Ｆ１
及びＦ２に対する音響光学変調器２からの回折光である
ビーム１，ビーム２の光波はそれぞれ次式で表される。 ビーム１：Ｓ１＝Ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１）｝…（１） ビーム２：Ｓ２＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ２）ｔ＋φ２）｝…（２） ここに，Ａ，Ｂは光波振幅を示す定数である。φ１，φ
２は各光波の位相である。ビーム１及びビーム２の音響
光学変調器２からの出射角は周波数Ｆ１，Ｆ２によって
それぞれ制御できる。
態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態及び実施例は，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は本発明の実施の形態及び
実施例に係る光熱変位計測装置の概略構成を示す模式
図，図２は音響光学変調器の動作原理を示す説明図，図
３は本発明の他の実施例を示す説明図である。本発明に
係る光熱変位計測方法は，複数の周波数の光を試料表面
に集光して照射し，上記光の一部による上記試料表面か
らの反射光の位相に基づいて該試料表面の光熱変位を計
測するものである。本方法は，例えば図１に示すような
装置によって具現化される。以下，この装置の動作を通
じて本方法を更に詳しく述べる。図１において，光周波
数ＦｐのＹＡＧレーザ１からのレーザ光を音響光学変調
器２に入射する。ここでは，この音響光学変調器２は周
波数Ｆ１の搬送波及び周波数Ｆ２の搬送波とを重畳した
信号によってドライブされている。この時，周波数Ｆ１
及びＦ２に対する音響光学変調器２からの回折光である
ビーム１，ビーム２の光波はそれぞれ次式で表される。 ビーム１：Ｓ１＝Ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１）｝…（１） ビーム２：Ｓ２＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ２）ｔ＋φ２）｝…（２） ここに，Ａ，Ｂは光波振幅を示す定数である。φ１，φ
２は各光波の位相である。ビーム１及びビーム２の音響
光学変調器２からの出射角は周波数Ｆ１，Ｆ２によって
それぞれ制御できる。
【０００７】ここで，音響光学変調器２の動作原理につ
いて図２を参照して説明する。音響光学変調器は元来光
の回折効果を利用して入射光を偏光あるいは強度変調さ
せるものであるが，ここでは入射光を偏光させることに
より回折光を得る。即ち，音響光学変調器２をある周波
数でドライブすると，内部に超音波（屈折率の粗密）
が発生し，これにより通常の格子回折と同様に光が回
折する。この時の回折角度θ1 は図２に示すように決
定される。即ち，電気入力の周波数をｆ 1 〜ｆ2 ，真空
中での光の波長をλ0 ，音響光学媒体中での音速をＶと
すると，以下の関係が成立する。 θ1 ≒λ0 （ｆ1 〜ｆ2 ）／Ｖ （ｒａｄ） 本実施例では，音響光学変調器２をドライブする周波数
のうち，Ｆ１は８０ＭＨｚに固定し，Ｆ２は８１ＭＨｚ
〜１２０ＭＨｚの範囲を周期１０マイクロ秒（周波数１
００ｋＨｚに相当）で掃引している。この掃引によりビ
ーム１とビーム２との分離角θは０．１〜３ｍｒａｄだ
け変化する。これらのビームを焦点距離５ｍｍの対物レ
ンズ３を通して試料４に照射する。この時，図１中の左
下側に示されるようにビーム１の試料照射位置に，ビー
ム１による光熱変位に加えてビーム２による光熱変位が
生成される。
いて図２を参照して説明する。音響光学変調器は元来光
の回折効果を利用して入射光を偏光あるいは強度変調さ
せるものであるが，ここでは入射光を偏光させることに
より回折光を得る。即ち，音響光学変調器２をある周波
数でドライブすると，内部に超音波（屈折率の粗密）
が発生し，これにより通常の格子回折と同様に光が回
折する。この時の回折角度θ1 は図２に示すように決
定される。即ち，電気入力の周波数をｆ 1 〜ｆ2 ，真空
中での光の波長をλ0 ，音響光学媒体中での音速をＶと
すると，以下の関係が成立する。 θ1 ≒λ0 （ｆ1 〜ｆ2 ）／Ｖ （ｒａｄ） 本実施例では，音響光学変調器２をドライブする周波数
のうち，Ｆ１は８０ＭＨｚに固定し，Ｆ２は８１ＭＨｚ
〜１２０ＭＨｚの範囲を周期１０マイクロ秒（周波数１
００ｋＨｚに相当）で掃引している。この掃引によりビ
ーム１とビーム２との分離角θは０．１〜３ｍｒａｄだ
け変化する。これらのビームを焦点距離５ｍｍの対物レ
ンズ３を通して試料４に照射する。この時，図１中の左
下側に示されるようにビーム１の試料照射位置に，ビー
ム１による光熱変位に加えてビーム２による光熱変位が
生成される。
【０００８】ビーム１とビーム２との試料照射位置の相
対距離は分離角θの変化によって変化する。本実施例で
設定された条件では，この相対距離の変化は０．５〜１
５μｍである。従って，ビーム１の試料照射位置におけ
る光熱変位は周期１００ｋＨｚで変化する。ビーム１の
試料４からの反射光の光波Ｓ１ｒは上記光熱変位による
位相変化Ｐを含むため次式で表される。 Ｓ１ｒ＝Ｒ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１＋φｒ＋Ｐ）｝ …（３） ここに，Ｒは試料４の反射率，光学系の透過率等に依存
する値であり，φｒは光路長に対する位相変化である。
位相Ｐの測定には種々の手法が考えられるが，本実施例
では周波数Ｆｐのレーザ光を参照光とした光干渉法を用
いて測定する。このため，レーザ１の出射側にてビーム
サンプラ５により次の光波振幅を持つレーザ光（参照
光）を取り出す。 Ｔ＝Ｃ・ｅｘｐ｛ｉ（２πＦｐｔ＋φｃ）｝ …（４） ここに，Ｃとφｃとはいずれも定数である。この参照光
と試料４からの反射光とをビームスプリッタ６によって
干渉させた上で，光電変換器７により受光する。この時
の光電変換器７の出力信号Ｐ１は次式で表される。 Ｐ１＝Ｄ・｜Ｓ１ｒ＋Ｔ｜2 ＝Ｄ・｛｜Ｓ１ｒ｜2 ＋｜Ｃ｜2 ＋２・Ｒ・Ｍ（ｔ）・Ｃ・ cos（２πＦ１ｔ＋φ＋Ｐ）｝ …（５）
対距離は分離角θの変化によって変化する。本実施例で
設定された条件では，この相対距離の変化は０．５〜１
５μｍである。従って，ビーム１の試料照射位置におけ
る光熱変位は周期１００ｋＨｚで変化する。ビーム１の
試料４からの反射光の光波Ｓ１ｒは上記光熱変位による
位相変化Ｐを含むため次式で表される。 Ｓ１ｒ＝Ｒ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１＋φｒ＋Ｐ）｝ …（３） ここに，Ｒは試料４の反射率，光学系の透過率等に依存
する値であり，φｒは光路長に対する位相変化である。
位相Ｐの測定には種々の手法が考えられるが，本実施例
では周波数Ｆｐのレーザ光を参照光とした光干渉法を用
いて測定する。このため，レーザ１の出射側にてビーム
サンプラ５により次の光波振幅を持つレーザ光（参照
光）を取り出す。 Ｔ＝Ｃ・ｅｘｐ｛ｉ（２πＦｐｔ＋φｃ）｝ …（４） ここに，Ｃとφｃとはいずれも定数である。この参照光
と試料４からの反射光とをビームスプリッタ６によって
干渉させた上で，光電変換器７により受光する。この時
の光電変換器７の出力信号Ｐ１は次式で表される。 Ｐ１＝Ｄ・｜Ｓ１ｒ＋Ｔ｜2 ＝Ｄ・｛｜Ｓ１ｒ｜2 ＋｜Ｃ｜2 ＋２・Ｒ・Ｍ（ｔ）・Ｃ・ cos（２πＦ１ｔ＋φ＋Ｐ）｝ …（５）
【０００９】ここに，Ｄは定数，φは各光波の光路長に
依存する定数（φ＝φ１＋φｒ−φｃ）である。この信
号における位相Ｐを検出するために，まず出力信号Ｐ１
のビート周波数成分をフィルタ８で取り出した後，リミ
ッタアンプ９により定振幅化する。リミッタアンプ９の
出力信号Ｖ１は次式で表される。 Ｖ１＝Ｖ０・ cos（２πＦ１ｔ＋φｅ＋Ｐ）｝…（６） ここに，Ｖ０は定数，φｅは定数φ及びこれらの電気回
路で生じる位相変化に依存する値である。この信号にお
ける位相Ｐを位相検出回路１０によって検出する。具体
的には，出力信号Ｖ１と周波数Ｆｐである局部発振信号
とをミキシングし，その低周波成分を取り出す。この信
号ＶＬは次式で表される。 ＶＬ＝Ｇ・ cos（Ｐ＋φｅ＋ｑ） …（７） ここに，Ｇは定数，ｑは局部発振信号の位相に依存する
値である。いま， φｅ＋ｑ＝π／２＋２ｎπ （ｎ＝１，２，…） …（８） となるように値ｑを制御する。この時，信号ＶＬは次式
で表される。 ＶＬ＝Ｇ・ sin（Ｐ）〜ＧＰ …（９） この信号ＶＬを計算機１１に取り込む。計算機１１で
は，以下の演算処理により光熱変位Ｌを求める。 Ｌ＝Ｐλ／４π …（１０） ここに，λはレーザの波長である。そして，この光熱変
位Ｌから，試料４の特性（熱弾性特性，光吸収特性等）
を評価する。
依存する定数（φ＝φ１＋φｒ−φｃ）である。この信
号における位相Ｐを検出するために，まず出力信号Ｐ１
のビート周波数成分をフィルタ８で取り出した後，リミ
ッタアンプ９により定振幅化する。リミッタアンプ９の
出力信号Ｖ１は次式で表される。 Ｖ１＝Ｖ０・ cos（２πＦ１ｔ＋φｅ＋Ｐ）｝…（６） ここに，Ｖ０は定数，φｅは定数φ及びこれらの電気回
路で生じる位相変化に依存する値である。この信号にお
ける位相Ｐを位相検出回路１０によって検出する。具体
的には，出力信号Ｖ１と周波数Ｆｐである局部発振信号
とをミキシングし，その低周波成分を取り出す。この信
号ＶＬは次式で表される。 ＶＬ＝Ｇ・ cos（Ｐ＋φｅ＋ｑ） …（７） ここに，Ｇは定数，ｑは局部発振信号の位相に依存する
値である。いま， φｅ＋ｑ＝π／２＋２ｎπ （ｎ＝１，２，…） …（８） となるように値ｑを制御する。この時，信号ＶＬは次式
で表される。 ＶＬ＝Ｇ・ sin（Ｐ）〜ＧＰ …（９） この信号ＶＬを計算機１１に取り込む。計算機１１で
は，以下の演算処理により光熱変位Ｌを求める。 Ｌ＝Ｐλ／４π …（１０） ここに，λはレーザの波長である。そして，この光熱変
位Ｌから，試料４の特性（熱弾性特性，光吸収特性等）
を評価する。
【００１０】ところで上記実施例では，音響光学変調器
２をドライブする信号のうちＦ２を掃引していたが，他
の実施例として図３（ａ）に示すようにＦ２として単一
周波数の信号を用いて光熱変位Ｌを計測することもでき
る。ビーム１，ビーム２の光波は，この場合もＡ，Ｂを
光波振幅を示す定数，φ１，φ２を各光波の位相として
それぞれ次式で表すことができる（但し，Ｆ２は単一周
波数である）。 ビーム１：Ｓ１＝Ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１）｝ …（１１） ビーム２：Ｓ２＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ２）ｔ＋φ２）｝ …（１２） この時，周波数Ｆ１とＦ２との差が小さく，よってこれ
らの分離角θが小さいならば，この光波を試料４に集光
して照射した時の試料上での光強度Ｐ２は干渉により次
式のようになる。 Ｐ２＝Ｖ＋Ｗ・ cos（２π（Ｆ１−Ｆ２）ｔ＋φ３） …（１３） ここに，Ｖ，Ｗ，φ３は各ビームの強度，位相及び可干
渉性等に依存する値である。この光強度Ｐ２は時間的に
変化するため，ビーム１の試料照射位置に周波数Ｆ１−
Ｆ２の光熱変位を発生させることができる。これはビー
ム１の反射光の位相変化をもたらす。この位相変化は前
述の方法により検出することができる。
２をドライブする信号のうちＦ２を掃引していたが，他
の実施例として図３（ａ）に示すようにＦ２として単一
周波数の信号を用いて光熱変位Ｌを計測することもでき
る。ビーム１，ビーム２の光波は，この場合もＡ，Ｂを
光波振幅を示す定数，φ１，φ２を各光波の位相として
それぞれ次式で表すことができる（但し，Ｆ２は単一周
波数である）。 ビーム１：Ｓ１＝Ａ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ１）ｔ＋φ１）｝ …（１１） ビーム２：Ｓ２＝Ｂ・ｅｘｐ｛ｉ（２π（Ｆｐ＋Ｆ２）ｔ＋φ２）｝ …（１２） この時，周波数Ｆ１とＦ２との差が小さく，よってこれ
らの分離角θが小さいならば，この光波を試料４に集光
して照射した時の試料上での光強度Ｐ２は干渉により次
式のようになる。 Ｐ２＝Ｖ＋Ｗ・ cos（２π（Ｆ１−Ｆ２）ｔ＋φ３） …（１３） ここに，Ｖ，Ｗ，φ３は各ビームの強度，位相及び可干
渉性等に依存する値である。この光強度Ｐ２は時間的に
変化するため，ビーム１の試料照射位置に周波数Ｆ１−
Ｆ２の光熱変位を発生させることができる。これはビー
ム１の反射光の位相変化をもたらす。この位相変化は前
述の方法により検出することができる。
【００１１】更に，他の実施例として図３（ｂ）に示す
ように３種類の回折光（ビーム１，２，３）を発生さ
せ，この内ビーム２とビーム３との干渉により光熱変位
を生成し，これをビーム１によって検出することもでき
る。更に，ビーム２，ビーム３の照射位置を，これらに
対応する音響光学変調器２のドライブ周波数を変化させ
ることにより試料４上を走査することもできる。この場
合には，光熱変位の２次元分布を測定することができる
ため，試料４の２次元的熱拡散を評価することができ
る。尚上記各実施例では，各レーザ光は空間を伝搬させ
ているが，光ファイバによる導光や光の合成，干渉にフ
ァイバ結合器を利用することも考えられる。以上のよう
に，上記各実施例では，いずれも，音響光学変調器２に
より光を強度変調させないため，従来例で示したような
強度変調に伴う光の位相変化は発生しない。従って，反
射光の位相Ｐを測定することにより音響光学変調器２に
よるノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱変位
Ｌによる位相だけを計測することができる。尚，試料４
上の光熱変位発生点と光熱変位測定点とは，音響光学変
調器２のドライブ周波数によって正確に制御できるた
め，従来例の長所である励起光と測定光との位相ずれに
よる測定誤差を無くすことについても満足することがで
きる。
ように３種類の回折光（ビーム１，２，３）を発生さ
せ，この内ビーム２とビーム３との干渉により光熱変位
を生成し，これをビーム１によって検出することもでき
る。更に，ビーム２，ビーム３の照射位置を，これらに
対応する音響光学変調器２のドライブ周波数を変化させ
ることにより試料４上を走査することもできる。この場
合には，光熱変位の２次元分布を測定することができる
ため，試料４の２次元的熱拡散を評価することができ
る。尚上記各実施例では，各レーザ光は空間を伝搬させ
ているが，光ファイバによる導光や光の合成，干渉にフ
ァイバ結合器を利用することも考えられる。以上のよう
に，上記各実施例では，いずれも，音響光学変調器２に
より光を強度変調させないため，従来例で示したような
強度変調に伴う光の位相変化は発生しない。従って，反
射光の位相Ｐを測定することにより音響光学変調器２に
よるノイズの影響をほとんど受けることなく，光熱変位
Ｌによる位相だけを計測することができる。尚，試料４
上の光熱変位発生点と光熱変位測定点とは，音響光学変
調器２のドライブ周波数によって正確に制御できるた
め，従来例の長所である励起光と測定光との位相ずれに
よる測定誤差を無くすことについても満足することがで
きる。
【００１２】更に，時間的に変化する周波数Ｆ２の周波
数変化により，回折光（ビーム２）の出射角を変化させ
ることができ，試料４上での光熱変位発生部の位置を変
化させることができる。従って，周波数Ｆ１による回折
光（ビーム１）の試料照射位置に発生する光熱変位Ｌを
変調させることができ，ビーム１の試料からの反射光の
位相Ｐの測定により光熱変位Ｌを高精度計測できる。更
に，異なる光周波数の合成により，光強度を時間的に変
化させることも可能であり，これにより光熱変位Ｌを発
生させて，高精度にその計測を行うこともできる。更
に，試料４からの反射光の光波を他の基準となる光波
（参照光）と干渉させてビート波に変換し，これを光電
変換器７によって電気信号に変換し，この信号の位相計
測することにより最も現実的な測定方法を得ることがで
きる。
数変化により，回折光（ビーム２）の出射角を変化させ
ることができ，試料４上での光熱変位発生部の位置を変
化させることができる。従って，周波数Ｆ１による回折
光（ビーム１）の試料照射位置に発生する光熱変位Ｌを
変調させることができ，ビーム１の試料からの反射光の
位相Ｐの測定により光熱変位Ｌを高精度計測できる。更
に，異なる光周波数の合成により，光強度を時間的に変
化させることも可能であり，これにより光熱変位Ｌを発
生させて，高精度にその計測を行うこともできる。更
に，試料４からの反射光の光波を他の基準となる光波
（参照光）と干渉させてビート波に変換し，これを光電
変換器７によって電気信号に変換し，この信号の位相計
測することにより最も現実的な測定方法を得ることがで
きる。
【００１３】
【発明の効果】本発明に係る光熱変位計測方法は，上記
したように構成されているため，従来例におけるような
強度変調に伴う光の位相変化（ノイズ）は発生しない。
その結果，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光
熱変位を精度良く計測することができる。
したように構成されているため，従来例におけるような
強度変調に伴う光の位相変化（ノイズ）は発生しない。
その結果，ノイズの影響をほとんど受けることなく，光
熱変位を精度良く計測することができる。
【図１】 本発明の実施の形態及び実施例に係る光熱変
位計測装置の概略構成を示す模式図。
位計測装置の概略構成を示す模式図。
【図２】 音響光学変調器の動作原理を示す説明図。
【図３】 本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】 従来の光熱変位計測装置の一例における概略
構成を示す模式図。
構成を示す模式図。
１…レーザ ２…音響光学変調器 ３…レンズ ４…試料 ５…ビームサンプラ ６…ビームスプリッタ ７…光電変換器 ８…フィルタ ９…リミッタアンプ １０…位相検出器 １１…計算機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 勉 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の周波数の光を試料表面に集光して
照射し，上記光の一部による上記試料表面からの反射光
の位相に基づいて該試料表面の光熱変位を計測してなる
光熱変位計測方法。 - 【請求項２】 上記複数の周波数の光が，複数の周波数
の搬送波を重畳した信号により駆動された音響光学変調
器にレーザ光を入射することにより該変調器より出射さ
れる光である請求項１記載の光熱変位計測方法。 - 【請求項３】 上記音響光学変調器の駆動信号が，ある
周波数の搬送波と時間的に変化する周波数である他の周
波数の搬送波とを重畳した信号である請求項２記載の光
熱変位計測方法。 - 【請求項４】 上記音響光学変調器の駆動信号が，ある
周波数の搬送波と他の単一周波数の搬送波とを重畳した
信号である請求項２記載の光熱変位計測方法。 - 【請求項５】 上記反射光とは光周波数が異なる光と，
該反射光とを干渉させて光電変換したときの信号に含ま
れるビート波の位相に基づいて上記光熱変位を計測する
請求項１〜４のいずれかに記載の光熱変位計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17209995A JPH0921752A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 光熱変位計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17209995A JPH0921752A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 光熱変位計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921752A true JPH0921752A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=15935531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17209995A Pending JPH0921752A (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 光熱変位計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0921752A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005257414A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Kobe Steel Ltd | 光熱変換測定装置，その方法，及びセル |
| JP2009075063A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-04-09 | Kobe Steel Ltd | 熱物性評価装置，熱物性評価用測定方法 |
| JP2011209295A (ja) * | 2005-05-12 | 2011-10-20 | Kobe Steel Ltd | 熱物性測定装置および熱物性測定方法 |
-
1995
- 1995-07-07 JP JP17209995A patent/JPH0921752A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005257414A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Kobe Steel Ltd | 光熱変換測定装置，その方法，及びセル |
| JP2011209295A (ja) * | 2005-05-12 | 2011-10-20 | Kobe Steel Ltd | 熱物性測定装置および熱物性測定方法 |
| JP2009075063A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-04-09 | Kobe Steel Ltd | 熱物性評価装置，熱物性評価用測定方法 |
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