JPS6239730A - 光物性測定装置 - Google Patents
光物性測定装置Info
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- JPS6239730A JPS6239730A JP17939985A JP17939985A JPS6239730A JP S6239730 A JPS6239730 A JP S6239730A JP 17939985 A JP17939985 A JP 17939985A JP 17939985 A JP17939985 A JP 17939985A JP S6239730 A JPS6239730 A JP S6239730A
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- Japan
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- probe light
- probe
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
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、固体、液体、もしくは気体の物性を光学的に
測定する装置に関するもので、更に詳しくは、試料の種
々の特性分析の基礎となる光吸収特性の測定装置に関す
る。本発明は、特に薄膜、例えば単分子累積１模の形成
に際して、累積すべく液面Ｅに展開された中分子膜の特
性分析等に利用寄れるものである。
測定する装置に関するもので、更に詳しくは、試料の種
々の特性分析の基礎となる光吸収特性の測定装置に関す
る。本発明は、特に薄膜、例えば単分子累積１模の形成
に際して、累積すべく液面Ｅに展開された中分子膜の特
性分析等に利用寄れるものである。
Ｃ従来の技術］
従来、ある試料の光吸収特性を測定する方法としては、
透過率又は反射率から光吸収特性を求める方法がある。
透過率又は反射率から光吸収特性を求める方法がある。
しかし、試料に光が照射された場合、透過光、反射光の
他に散乱光があり、更に高精度を期すためには光の吸収
成分を直接測定する方法が光吸収特性評価上重要となる
。
他に散乱光があり、更に高精度を期すためには光の吸収
成分を直接測定する方法が光吸収特性評価上重要となる
。
光の吸収成分を直接測定する各種の方法の中の１つとし
て、光熱偏向分光法（Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒ＋５ａｌＤｅ
ｆｌｅｃｔｉｏｎ ５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ： Ｐ
ＤＳ）と言われる方法がある。このＰＤＳ法は、試料の
光吸収による発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布
が生じて屈折率が変化し、これによってそこに入射する
光が偏向することを利用したものである。即ち、試料の
測定部位に、光吸収されたときに発熱による温度分布を
生じさせて屈折率を変化させる励起光と、これによる偏
向量を測定するためのプローブ光とを照射し、励起光の
波長とプローブ光の偏向量とから試料の光吸収特性を測
定するものである。この方法は、試料と検出系が独立に
設定でき、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発
明の基本原理もこのＰＤＳ法による。
て、光熱偏向分光法（Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒ＋５ａｌＤｅ
ｆｌｅｃｔｉｏｎ ５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ： Ｐ
ＤＳ）と言われる方法がある。このＰＤＳ法は、試料の
光吸収による発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布
が生じて屈折率が変化し、これによってそこに入射する
光が偏向することを利用したものである。即ち、試料の
測定部位に、光吸収されたときに発熱による温度分布を
生じさせて屈折率を変化させる励起光と、これによる偏
向量を測定するためのプローブ光とを照射し、励起光の
波長とプローブ光の偏向量とから試料の光吸収特性を測
定するものである。この方法は、試料と検出系が独立に
設定でき、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発
明の基本原理もこのＰＤＳ法による。
このＰＤＳ法の理論的取扱いは、試料内の熱伝導方程式
を解けばよく、偏向角φとして測定される偏向量は、励
起光強度、屈折率の温度係数（δｎ／１ｆ）Ｔ ） 、
プローブ光の通過する領域での温度勾配（δＴ１０ｘ
）等に比例することになる。試料の光吸収係数の比例す
る項は（２）Ｔ／＆ ）に含まれる。また（δｎ／δ丁
）は、試料によっては正負いずれかの値をとり得、この
ことは偏向角も正負両方の場合があることを示している
。
を解けばよく、偏向角φとして測定される偏向量は、励
起光強度、屈折率の温度係数（δｎ／１ｆ）Ｔ ） 、
プローブ光の通過する領域での温度勾配（δＴ１０ｘ
）等に比例することになる。試料の光吸収係数の比例す
る項は（２）Ｔ／＆ ）に含まれる。また（δｎ／δ丁
）は、試料によっては正負いずれかの値をとり得、この
ことは偏向角も正負両方の場合があることを示している
。
ＰＤＳ法は、上記のように、試料の励起光吸収量に応じ
たプローブ光の偏向量を測定するもので、光位置検出器
を使用することが多い。第６図は、−次元光位置検出器
の動作原理を示す模式図で、光Ｑの入射位置に対応させ
た光生成電荷は、そのエネルギーに相当する光電流とし
て抵抗層６２に達し、その位置Ｐと両端の取り出し電極
ｘｌ、ｘ。
たプローブ光の偏向量を測定するもので、光位置検出器
を使用することが多い。第６図は、−次元光位置検出器
の動作原理を示す模式図で、光Ｑの入射位置に対応させ
た光生成電荷は、そのエネルギーに相当する光電流とし
て抵抗層６２に達し、その位置Ｐと両端の取り出し電極
ｘｌ、ｘ。
との距離に逆比例して分割され、各電極から出力される
。入射光による光電流を１１ とすると、電極ＸＩ、Ｘ
２から出力される電流ＩＸ＋、ＩＸ２は入射位置から両
電極への抵抗ＲＸｌｌＲＸ２に反比例し、Ｘｌ−Ｘ２間
の抵抗が均一の分布とすると、２つの電極から取り出さ
れる信号は長さＬおよびＸの関係で表わされ。
。入射光による光電流を１１ とすると、電極ＸＩ、Ｘ
２から出力される電流ＩＸ＋、ＩＸ２は入射位置から両
電極への抵抗ＲＸｌｌＲＸ２に反比例し、Ｘｌ−Ｘ２間
の抵抗が均一の分布とすると、２つの電極から取り出さ
れる信号は長さＬおよびＸの関係で表わされ。
’Ｉｘ＋＝ Ｉ＋ ・（Ｌ−Ｘ） ／ＬＩＸ２＝ＩＬ
−Ｘ／Ｌ のようになる。即ち、光の入射位置と光強度の情報がＸ
Ｉ、Ｘ２の電極に得られることになる。さらにｒｘ＋と
Ｉｘ２の和と差をとり、これを位置信号Ｐの算出データ
として が得られ、光強度の変化に無関係な位置信号を連続的に
得ることができる。
−Ｘ／Ｌ のようになる。即ち、光の入射位置と光強度の情報がＸ
Ｉ、Ｘ２の電極に得られることになる。さらにｒｘ＋と
Ｉｘ２の和と差をとり、これを位置信号Ｐの算出データ
として が得られ、光強度の変化に無関係な位置信号を連続的に
得ることができる。
以上は１次元の場合であるが、２次元の位置検出器につ
いても同様に考えることができ、第７図のブロック図で
示される動作回路により位置信号が求められ、２点以上
の光入射がある場合は、それぞれの光強度に比例して重
み付けをされた位置信号が得られる。また、光束が広が
っている場合は、光強度の重心的な位置信号が得られる
。
いても同様に考えることができ、第７図のブロック図で
示される動作回路により位置信号が求められ、２点以上
の光入射がある場合は、それぞれの光強度に比例して重
み付けをされた位置信号が得られる。また、光束が広が
っている場合は、光強度の重心的な位置信号が得られる
。
［発明が解決しようとする問題点］
従来の光物性測定装置では、試料の被測定部位近傍にお
けるプローブ光の光束が、光束中心に関して対称的な強
度分布を有し、中心部分に最大強度が存在するのに対し
て試料を光束幅以内に接近させることができず、プロー
ブ光束の最大強度部分で高感度な測定を行うことが困難
であった。そのため、上記のＰＤＳ装置をそのまま液面
上に展開された薄膜等の超薄膜の測定に適用すると、試
料の膜厚が極めて薄いので、試料に吸収される光の量が
小さく、周囲に生じさせる屈折率変動も小さいのに、こ
れを正確に測定するだけの高感度が得られないことにな
った。
けるプローブ光の光束が、光束中心に関して対称的な強
度分布を有し、中心部分に最大強度が存在するのに対し
て試料を光束幅以内に接近させることができず、プロー
ブ光束の最大強度部分で高感度な測定を行うことが困難
であった。そのため、上記のＰＤＳ装置をそのまま液面
上に展開された薄膜等の超薄膜の測定に適用すると、試
料の膜厚が極めて薄いので、試料に吸収される光の量が
小さく、周囲に生じさせる屈折率変動も小さいのに、こ
れを正確に測定するだけの高感度が得られないことにな
った。
本発明は、このように、液面に展開された薄膜の如く、
極めて薄く特異な環境下にある試料に対しても、その光
物性を精度および感度共に良好に測定できるようにする
ことを、解決すべき問題点とするものである。
極めて薄く特異な環境下にある試料に対しても、その光
物性を精度および感度共に良好に測定できるようにする
ことを、解決すべき問題点とするものである。
［問題点を解決するための手段］
本発明において上記の問題点を解決するために講じられ
た手段は、試料の被測定部位への励起光を出射する励起
光源と、その励起光を変調する光強度変調器と、プロー
ブ光を出射するプローブ光源と、プローブ光を試料の被
測定部位もしくはその近傍へ導く光学素子と、プローブ
光を受光する光位置検出器とを備えた光物性測定装置で
あって、プローブ光源から出射されたプローブ光が被測
定部位もしくはその近傍に達したとき該プローブ光の最
大強度部分を試料へ近接させるような強度分布整形手段
を備えることを特徴とする光物性測定装置とするもので
ある。
た手段は、試料の被測定部位への励起光を出射する励起
光源と、その励起光を変調する光強度変調器と、プロー
ブ光を出射するプローブ光源と、プローブ光を試料の被
測定部位もしくはその近傍へ導く光学素子と、プローブ
光を受光する光位置検出器とを備えた光物性測定装置で
あって、プローブ光源から出射されたプローブ光が被測
定部位もしくはその近傍に達したとき該プローブ光の最
大強度部分を試料へ近接させるような強度分布整形手段
を備えることを特徴とする光物性測定装置とするもので
ある。
上記の装置において、励起光の変調は通常、強度変調で
あり、光強度変調器は、例えば光を断続させる場合は光
チョッパが使用され、光の強弱を生じさせる場合は可変
フィルタ等が使用される。
あり、光強度変調器は、例えば光を断続させる場合は光
チョッパが使用され、光の強弱を生じさせる場合は可変
フィルタ等が使用される。
この光強度変調器は、励起光が被測定部位へ到達するよ
りも手前の位置に配設される。そして、上記の断続もし
くは強弱に対応して変動するプローブ光の偏向量を光位
置で計測することにより、試料の光吸収特性を測定する
わけである。
りも手前の位置に配設される。そして、上記の断続もし
くは強弱に対応して変動するプローブ光の偏向量を光位
置で計測することにより、試料の光吸収特性を測定する
わけである。
［作 用］
励起光が試料たる薄膜に吸収されると、励起光の照射時
と非照射時とでは測定部位及びその近傍の屈折率が変化
するので、これをプローブ光の偏向量として検出するこ
とによって光吸収特性を測定することができる。この原
理自体は従来のＰＤＳ法と同様である。
と非照射時とでは測定部位及びその近傍の屈折率が変化
するので、これをプローブ光の偏向量として検出するこ
とによって光吸収特性を測定することができる。この原
理自体は従来のＰＤＳ法と同様である。
本発明では、光位置検出器が最終的には光強度分布の重
心的な位置信号を出力する点に着眼し、プローブ光の最
大強度部分が最も偏向量の大きい屈折率変動領域を通過
するように、光束の強度分布の整形手段を備えるもので
ある。
心的な位置信号を出力する点に着眼し、プローブ光の最
大強度部分が最も偏向量の大きい屈折率変動領域を通過
するように、光束の強度分布の整形手段を備えるもので
ある。
［￥施例］
以下、本発明を、実施例とその図面を“参照して詳細に
説明する。
説明する。
第１図は１本発明を実施例した光物性測定装置の１例を
示す概略構成図である。第１図において、光物性測定装
置は、試料ｌの被測定部位への励起光２を出射する励起
光源３と、その励起光２を変調する光強度変調器４と、
プローブ光５を出射するプローブ光源６と、そのプロー
ブ光５を前記被測定部位の近傍へ導く光学素子７と、そ
のプローブ光５を受光する光位置検出器８と、プローブ
光５が被測定部位の近傍へ達するときにその最大強度部
分が試料１へほぼ接する如く、プローブ光５の光束の強
度分布を成形する強度分布整形手段９とで概略構成され
ている。励起光２は、別な光学素子７′により集束され
て、前記被測定部位に照射されるものてする。一方で、
プローブ光５は、光学素子７を通り、前記励起光２が照
射されている試料１の被測定部位の表面に平行に通過し
て、前記光位置検出器８に至り、図中点線５′で示され
るように偏向°したときの偏向量Ｘが測定される。
示す概略構成図である。第１図において、光物性測定装
置は、試料ｌの被測定部位への励起光２を出射する励起
光源３と、その励起光２を変調する光強度変調器４と、
プローブ光５を出射するプローブ光源６と、そのプロー
ブ光５を前記被測定部位の近傍へ導く光学素子７と、そ
のプローブ光５を受光する光位置検出器８と、プローブ
光５が被測定部位の近傍へ達するときにその最大強度部
分が試料１へほぼ接する如く、プローブ光５の光束の強
度分布を成形する強度分布整形手段９とで概略構成され
ている。励起光２は、別な光学素子７′により集束され
て、前記被測定部位に照射されるものてする。一方で、
プローブ光５は、光学素子７を通り、前記励起光２が照
射されている試料１の被測定部位の表面に平行に通過し
て、前記光位置検出器８に至り、図中点線５′で示され
るように偏向°したときの偏向量Ｘが測定される。
第２図（イ）および（ａ）は、本発明による光物性測定
装置を実施する際の基本原理を説明する概略構成図およ
び光強度分布図である０図（イ）において、試料ｌの被
測定部位へ断続的な励起光２が照射され、試料ｌが光を
吸収すると、無放射輻射過程により断続的な熱が発生し
、そのため、前記被測定部位の近傍では、光の屈折率が
断続的に変動する。プローブ光５を、この屈折率変動ｌ
Ｏが生じる領域を通過させ、変動する屈折率に対応して
。
装置を実施する際の基本原理を説明する概略構成図およ
び光強度分布図である０図（イ）において、試料ｌの被
測定部位へ断続的な励起光２が照射され、試料ｌが光を
吸収すると、無放射輻射過程により断続的な熱が発生し
、そのため、前記被測定部位の近傍では、光の屈折率が
断続的に変動する。プローブ光５を、この屈折率変動ｌ
Ｏが生じる領域を通過させ、変動する屈折率に対応して
。
光束中心５ａが５ａ’に偏向するのを光位置検出器８へ
入射させると、屈折率の変動は偏向量として検出される
。ここで、前記被測定部位における励起光軸２ａに沿っ
た面上で、プローブ光５の光束の強度分布を測定すると
、図（ａ）に示される如くになる。第３図（イ）および
（ａ）は、従来の光物性測定装置について、第２図と同
様な概略構成図および光強度分布図を示したもので、従
来はプローブ光の光束中心５ａに関して対称な強度分布
、となり、図中点線で示される光束幅より試料に接近さ
せることができず、最大強度部分は変動領域の端縁をか
すめるだけで、偏向量も小さかったが、第２図に示され
た本発明において′は、プローブ光５の光束形状を図（
ａ）に示される如く非対称に形成し、最大強度部分が試
料ｌへの至近位置にあるようにして、屈折率変動１０の
大きな領域を通過させ、第３図に比較して大きな偏向量
５ａ’を得ることができる。
入射させると、屈折率の変動は偏向量として検出される
。ここで、前記被測定部位における励起光軸２ａに沿っ
た面上で、プローブ光５の光束の強度分布を測定すると
、図（ａ）に示される如くになる。第３図（イ）および
（ａ）は、従来の光物性測定装置について、第２図と同
様な概略構成図および光強度分布図を示したもので、従
来はプローブ光の光束中心５ａに関して対称な強度分布
、となり、図中点線で示される光束幅より試料に接近さ
せることができず、最大強度部分は変動領域の端縁をか
すめるだけで、偏向量も小さかったが、第２図に示され
た本発明において′は、プローブ光５の光束形状を図（
ａ）に示される如く非対称に形成し、最大強度部分が試
料ｌへの至近位置にあるようにして、屈折率変動１０の
大きな領域を通過させ、第３図に比較して大きな偏向量
５ａ’を得ることができる。
第４図は、上記の現象を発生させるための本発明による
強度分布整形手段の１例を示す概略構成図である。第４
図において、強度分布整形手段は遮光板９であって、プ
ローブ光５がレンズ７に導かれて被測定部位面２ａに達
する直前の手前位置に、光束の半分をカットするように
配設されている。この遮光板９により、図中下半分をカ
ットされたプローブ光５は、被測定部位近傍を通過する
際には、第２図（ａ）に示されるような最大強度が図中
下端にある光束に整形され、その最大強度部分で試料に
近接する屈折率最大変動領域を測定できることになる。
強度分布整形手段の１例を示す概略構成図である。第４
図において、強度分布整形手段は遮光板９であって、プ
ローブ光５がレンズ７に導かれて被測定部位面２ａに達
する直前の手前位置に、光束の半分をカットするように
配設されている。この遮光板９により、図中下半分をカ
ットされたプローブ光５は、被測定部位近傍を通過する
際には、第２図（ａ）に示されるような最大強度が図中
下端にある光束に整形され、その最大強度部分で試料に
近接する屈折率最大変動領域を測定できることになる。
第５図は１本発明による強度分布整形手段の別な１例を
示す概略構成図で、プローブ光５を集束する光学素子が
強度分布整形機能を兼備している１例である。第５図に
おいて、偏光レンズ９′は、プローブ光５を被測定部位
面２ａに集束させると共に、その集束状態が光束の試料
側周縁で最大強度であるように予め設計されたものであ
る。
示す概略構成図で、プローブ光５を集束する光学素子が
強度分布整形機能を兼備している１例である。第５図に
おいて、偏光レンズ９′は、プローブ光５を被測定部位
面２ａに集束させると共に、その集束状態が光束の試料
側周縁で最大強度であるように予め設計されたものであ
る。
［発明の効果コ
本発明によれば、液面に展開された薄膜の如く光吸収の
小さな試料に対しても、吸収により生じる屈折率変動の
最も大きな領域に、プローブ光の最大強度部分を通過さ
せて、高感度かつ高精度の光物性測定装置を提供するこ
とができる。
小さな試料に対しても、吸収により生じる屈折率変動の
最も大きな領域に、プローブ光の最大強度部分を通過さ
せて、高感度かつ高精度の光物性測定装置を提供するこ
とができる。
第１図は本発明の１実施例の構成図、第２図および第３
図は基本原理の説明図、第４図および第５図は強度分布
整形手段の各側の構成図、第６１２および第７図は光位
置検出器の説明図である。 ■＝試料、２：励起光、３：励起光源、４：光強度変調
器、５ニブロープ光、 ６：プローブ光源、７：光学素子、 ８：光位置検出器、９：強度分布整形手段、ｌＯ：屈折
率変動領域。
図は基本原理の説明図、第４図および第５図は強度分布
整形手段の各側の構成図、第６１２および第７図は光位
置検出器の説明図である。 ■＝試料、２：励起光、３：励起光源、４：光強度変調
器、５ニブロープ光、 ６：プローブ光源、７：光学素子、 ８：光位置検出器、９：強度分布整形手段、ｌＯ：屈折
率変動領域。
Claims (1)
- １）試料の被測定部位への励起光を出射する励起光源と
、その励起光を変調する光強度変調器と、プローブ光を
出射するプローブ光源と、プローブ光を試料の被測定部
位もしくはその近傍へ導く光学素子と、プローブ光を受
光する光位置検出器とを備えた光物性測定装置であって
、プローブこあうげんから出射されたプローブ光が被測
定部位もしくはその近傍に達したとき該プローブ光の最
大強度部分を試料へ近接させるような強度分布整形手段
を備えることを特徴とする光物性測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17939985A JPS6239730A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定装置 |
| US06/897,055 US4790664A (en) | 1985-08-16 | 1986-08-15 | Device and method for measuring optical properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17939985A JPS6239730A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6239730A true JPS6239730A (ja) | 1987-02-20 |
| JPH0575060B2 JPH0575060B2 (ja) | 1993-10-19 |
Family
ID=16065186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17939985A Granted JPS6239730A (ja) | 1985-08-16 | 1985-08-16 | 光物性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6239730A (ja) |
-
1985
- 1985-08-16 JP JP17939985A patent/JPS6239730A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0575060B2 (ja) | 1993-10-19 |
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