JPS6382344A - 光熱変位検出用光フアイバ−干渉計 - Google Patents
光熱変位検出用光フアイバ−干渉計Info
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- JPS6382344A JPS6382344A JP22748686A JP22748686A JPS6382344A JP S6382344 A JPS6382344 A JP S6382344A JP 22748686 A JP22748686 A JP 22748686A JP 22748686 A JP22748686 A JP 22748686A JP S6382344 A JPS6382344 A JP S6382344A
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Classifications
-
- 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
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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〕
本発明は試料表面の光熱振動変位を光干渉により検出す
る光熱変位検出用光ファイバー干渉計に関する。
る光熱変位検出用光ファイバー干渉計に関する。
試料表面に断続的に光を当て、これによって生じる微小
振動をマイクロフォン等の圧カドランスジューサーによ
って検出して試料表面近傍の特性を調べる光音響分光法
が知られている。この方法においては、微弱な振動を検
出するために試料は小さな容器に密閉され、この容器内
に圧カドランスジューサーが入れられる。
振動をマイクロフォン等の圧カドランスジューサーによ
って検出して試料表面近傍の特性を調べる光音響分光法
が知られている。この方法においては、微弱な振動を検
出するために試料は小さな容器に密閉され、この容器内
に圧カドランスジューサーが入れられる。
これに対して、断続光によって生じる試料表面の変位を
直接光学的に検出する光熱変位分光法が最近提案された
。この方法は試料表面に断続的に光を当てるとともに、
干渉計を組んでその際の物体の変位を光の干渉によって
検出するというものであり、試料容器が不要になり、大
きな試料で、も、そのまま測定ができる。
直接光学的に検出する光熱変位分光法が最近提案された
。この方法は試料表面に断続的に光を当てるとともに、
干渉計を組んでその際の物体の変位を光の干渉によって
検出するというものであり、試料容器が不要になり、大
きな試料で、も、そのまま測定ができる。
光熱変位を検出するには、試料に熱変位を起こさせる励
起光と、変位検出のための検出光とが試料表面上の同一
点に照射される必要が有るが、このための光学調整は極
めて困難であるし、ある特定の箇所のみの測定しか行う
ことができなかった。
起光と、変位検出のための検出光とが試料表面上の同一
点に照射される必要が有るが、このための光学調整は極
めて困難であるし、ある特定の箇所のみの測定しか行う
ことができなかった。
〔問題点を解決しようとするための手段〕上述した問題
点は、 試料に光熱変位を起こさせる励起光光源、光熱変位を光
の干渉によって検出するための検出光光源、 前記励起光および検出光を試料まで導く光ファイバー、
および 前記検出光が試料によって反射することによって生じる
光干渉強度を検出する光検出器を備えて構成される光熱
変位検出用光ファイバー干渉計によって解決される。
点は、 試料に光熱変位を起こさせる励起光光源、光熱変位を光
の干渉によって検出するための検出光光源、 前記励起光および検出光を試料まで導く光ファイバー、
および 前記検出光が試料によって反射することによって生じる
光干渉強度を検出する光検出器を備えて構成される光熱
変位検出用光ファイバー干渉計によって解決される。
試料に光熱変位を起こさせる励起光光源から放出された
励起光および光熱変位を光の干渉によって検出する検出
光光源から放出された検出光はともに同一の光ファイバ
ーによって試料近くまで導かれ、試料表面はこれら導か
れた励起光および検出光の照射を受ける。検出光が試料
によって反射されることによって生じる光干渉強度を検
出すれば、励起光照射によって生じた試料の光熱変位が
干渉によって生じる光強度の変化として測定される。
励起光および光熱変位を光の干渉によって検出する検出
光光源から放出された検出光はともに同一の光ファイバ
ーによって試料近くまで導かれ、試料表面はこれら導か
れた励起光および検出光の照射を受ける。検出光が試料
によって反射されることによって生じる光干渉強度を検
出すれば、励起光照射によって生じた試料の光熱変位が
干渉によって生じる光強度の変化として測定される。
本発明においては、励起光と検出光とが同一の光ファイ
バーによって試料まで導かれるので、２つの光の照射位
置がずれることがない。従って、２つの光を同一点に照
射するために必要となる光学調整の問題点がなくなると
ともに、試料面上の光熱変位の分布を求める光熱変位映
像法の様な試料面上を走査して測定することが極めて容
易になる。更に、光ファイバーがフレキシブルであるの
で、光学系の配置の自由度が大きくなることも、光学調
整をより一層簡単にする。
バーによって試料まで導かれるので、２つの光の照射位
置がずれることがない。従って、２つの光を同一点に照
射するために必要となる光学調整の問題点がなくなると
ともに、試料面上の光熱変位の分布を求める光熱変位映
像法の様な試料面上を走査して測定することが極めて容
易になる。更に、光ファイバーがフレキシブルであるの
で、光学系の配置の自由度が大きくなることも、光学調
整をより一層簡単にする。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。第１
図は本発明の第１実施例のブロック回路図である。励起
光光源である励起用レーザー１から発せられた励起用レ
ーザー光は、例えば、開口を有する回転円板のチョッパ
ー２によって断続され、反射鏡３によって反射された後
グイクロイックミラ−４に至る。これに対して、検出光
光源である検出用レーザー５からの光はは半透明鏡６を
透過した後ダイクロイックミラー４に至り、これ以後励
起用レーザー光と重ね合わされる。励起用レーザー１と
しては、例えば、出力の大きいＡｒ”（アルゴンイオン
）レーザーや波長可変の色素レーザーを用いることがで
き、検出用レーザー５としては、例えば、安定して使い
易いＨｅ−Ｎｅ （ヘリウム・ネオン）レーザーや小型
の半導体レーザーを用いることができる。反射鏡３とし
ては極わずか（０，１％位）光を透過する鏡が用いられ
て、これによって得られる透過光が光電検出器７によっ
て検出され、断続周波数の参照信号Ｒｅｆが得られる。
図は本発明の第１実施例のブロック回路図である。励起
光光源である励起用レーザー１から発せられた励起用レ
ーザー光は、例えば、開口を有する回転円板のチョッパ
ー２によって断続され、反射鏡３によって反射された後
グイクロイックミラ−４に至る。これに対して、検出光
光源である検出用レーザー５からの光はは半透明鏡６を
透過した後ダイクロイックミラー４に至り、これ以後励
起用レーザー光と重ね合わされる。励起用レーザー１と
しては、例えば、出力の大きいＡｒ”（アルゴンイオン
）レーザーや波長可変の色素レーザーを用いることがで
き、検出用レーザー５としては、例えば、安定して使い
易いＨｅ−Ｎｅ （ヘリウム・ネオン）レーザーや小型
の半導体レーザーを用いることができる。反射鏡３とし
ては極わずか（０，１％位）光を透過する鏡が用いられ
て、これによって得られる透過光が光電検出器７によっ
て検出され、断続周波数の参照信号Ｒｅｆが得られる。
グイクロイックミラー４は薄膜による光の干渉を利用し
て特定の波長領域の光のみを反射し、残りの波長領域の
光を透過する鏡であり、この場合は励起用レーザー光の
みを反射し、検出用レーザー光は透過する作用を有する
。グイクロイックミラー４において重ね合わされた励起
用レーザー光と検出用レーデ−光（細いほぼ平行な光）
はレンズ３で収束された後光ファイバー９に入射する。
て特定の波長領域の光のみを反射し、残りの波長領域の
光を透過する鏡であり、この場合は励起用レーザー光の
みを反射し、検出用レーザー光は透過する作用を有する
。グイクロイックミラー４において重ね合わされた励起
用レーザー光と検出用レーデ−光（細いほぼ平行な光）
はレンズ３で収束された後光ファイバー９に入射する。
光ファイバー９を透過して発散する光は、レンズ１０に
よってほぼ試料１１表面上に収束され、かつ試料表面が
鏡面の場合には、表面での反射光が光ファイバー９に戻
るようにほぼ平行な光にされる。試料１１表面には断続
した励起光の照射に応じて振動的な微小熱変位が生じる
。試料１１表面で反射（試料表面が粗面の場合は拡散反
射、鏡面の場合は正反射）した励起用レーザー光と検出
用レーザー光とはともに再び光ファイバー９に入射する
。これらの光は光ファイバー９の出射端面９ａで反射し
た励起用レーザー光と検出用レーザー光と重なって光フ
ァイバー９を逆戻りする。光ファイバー９を逆戻りした
光、即ち試料表面で反射された励起用レーザー光と検出
用レーザー光および光ファイバー９の出射端面９ａで反
射された励起用レーザー光と検出用レーザー光とのうち
、試料表面で反射された検出用レーザー光および光ファ
イバーの出射端面で反射された検出用レーザー光のみが
グイクロイックミラー４を透過する。
よってほぼ試料１１表面上に収束され、かつ試料表面が
鏡面の場合には、表面での反射光が光ファイバー９に戻
るようにほぼ平行な光にされる。試料１１表面には断続
した励起光の照射に応じて振動的な微小熱変位が生じる
。試料１１表面で反射（試料表面が粗面の場合は拡散反
射、鏡面の場合は正反射）した励起用レーザー光と検出
用レーザー光とはともに再び光ファイバー９に入射する
。これらの光は光ファイバー９の出射端面９ａで反射し
た励起用レーザー光と検出用レーザー光と重なって光フ
ァイバー９を逆戻りする。光ファイバー９を逆戻りした
光、即ち試料表面で反射された励起用レーザー光と検出
用レーザー光および光ファイバー９の出射端面９ａで反
射された励起用レーザー光と検出用レーザー光とのうち
、試料表面で反射された検出用レーザー光および光ファ
イバーの出射端面で反射された検出用レーザー光のみが
グイクロイックミラー４を透過する。
グイクロイックミラー４を透過した検出用レーザー光の
約５０％が半透明鏡６で反射して取り出され、この取り
出された、試料表面の熱変位に応じた強度の光が光電検
出器１３によって検出される。
約５０％が半透明鏡６で反射して取り出され、この取り
出された、試料表面の熱変位に応じた強度の光が光電検
出器１３によって検出される。
光電検出して得られる信号は増幅器１４で増幅され、断
続周波数を中心周波数とする帯域フィルター１５を通過
した後、参照信号Ｒｅｆと同じ周波数成分の信号がロッ
クイン増幅器１６おいて検出される。ロックイン増幅器
１６は一般に人力信号に含まれる参照信号Ｒｅｆと同じ
周波数の信号成分の大きさを測定する装置であるが、そ
の周波数の信号成分の信号の参照信号に対する位相を同
時に測定できるものもある。得られる信号の大きさは光
熱変位の大きさに比例し、位相は断続した励、配光光と
それによって起こる熱変位との間の位相差に対応する。
続周波数を中心周波数とする帯域フィルター１５を通過
した後、参照信号Ｒｅｆと同じ周波数成分の信号がロッ
クイン増幅器１６おいて検出される。ロックイン増幅器
１６は一般に人力信号に含まれる参照信号Ｒｅｆと同じ
周波数の信号成分の大きさを測定する装置であるが、そ
の周波数の信号成分の信号の参照信号に対する位相を同
時に測定できるものもある。得られる信号の大きさは光
熱変位の大きさに比例し、位相は断続した励、配光光と
それによって起こる熱変位との間の位相差に対応する。
オッシロスコープ１７はロックイン増幅器１６に入れる
検出した信号と参照信号Ｒｅｆを観測し確認するための
ものである。ロックイン増幅器１６の出力はそのままで
も試料表面近傍の物性を知る手掛りになるが、断続周波
数または試料表面上の位置に対する依存性、さらにまた
励起光の波長に対する依存性を調べることも有益である
。
検出した信号と参照信号Ｒｅｆを観測し確認するための
ものである。ロックイン増幅器１６の出力はそのままで
も試料表面近傍の物性を知る手掛りになるが、断続周波
数または試料表面上の位置に対する依存性、さらにまた
励起光の波長に対する依存性を調べることも有益である
。
第２図は本発明の第２実施例のブロック図である。本実
施例においては励起光光源として単一のパルスで発振す
るレーザー１゛、具体的にはＱスイッチルビーレーザー
が使用され、光を断続するチョッパーは用いられない。
施例においては励起光光源として単一のパルスで発振す
るレーザー１゛、具体的にはＱスイッチルビーレーザー
が使用され、光を断続するチョッパーは用いられない。
光電検出器１３によって光電検出して得られる信号は増
幅器で増幅された後、−旦波形記憶装置１８に記憶され
る。記憶された信号は次にＡ／Ｄ （アナログ／ディジ
タル）変換器１９によりＡ／Ｄ変換されて計算機２２に
入力される。参照信号Ｒｅｆも増幅器２０によって増幅
された後Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換されて計算機
２２に人力される。計算機で検出した信号のフーリエ変
換を行うと任意の断続周波数に対する信号の大きさを求
めることができる。
幅器で増幅された後、−旦波形記憶装置１８に記憶され
る。記憶された信号は次にＡ／Ｄ （アナログ／ディジ
タル）変換器１９によりＡ／Ｄ変換されて計算機２２に
入力される。参照信号Ｒｅｆも増幅器２０によって増幅
された後Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換されて計算機
２２に人力される。計算機で検出した信号のフーリエ変
換を行うと任意の断続周波数に対する信号の大きさを求
めることができる。
本実施例によると一つのパルス光による測定だけで信号
の大きさの断続周波数に対する依存性を求めることがで
きる。
の大きさの断続周波数に対する依存性を求めることがで
きる。
上述した各実施例において、光ファイバーの出射端面で
の反射光が試料表面で反射して再び光ファイバーに入射
する光に比べて弱い場合には出射端面に検出用の光の反
射率を高くする反射膜を付けるとよい。しかしながら、
光ファイバーの端面に反射膜を付けるのは必ずしも容易
では無く、また、光ファイバーの先端は破損し易いので
、光ファイバーの端面に反射膜を付ける代わりに、レン
ズ１０として屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォック
レンズ）を用いて、その出射端面に反射膜をつけるとよ
い。ロッドレンズの出射端面は光軸に対して垂直な平面
であるので、出射端面での反射光は再びロッドレンズ自
身で収束してほぼ光ファイバーに戻る。
の反射光が試料表面で反射して再び光ファイバーに入射
する光に比べて弱い場合には出射端面に検出用の光の反
射率を高くする反射膜を付けるとよい。しかしながら、
光ファイバーの端面に反射膜を付けるのは必ずしも容易
では無く、また、光ファイバーの先端は破損し易いので
、光ファイバーの端面に反射膜を付ける代わりに、レン
ズ１０として屈折率分布型ロッドレンズ（セルフォック
レンズ）を用いて、その出射端面に反射膜をつけるとよ
い。ロッドレンズの出射端面は光軸に対して垂直な平面
であるので、出射端面での反射光は再びロッドレンズ自
身で収束してほぼ光ファイバーに戻る。
また、偏光板１２はレンズ８あるいは光ファイバー９の
入射端面９ｂで反射して光電検出器に入る光を除去する
ものであるが、このような光が除去されないと、光ファ
イバーを透過してくる光と干渉して信号に雑音が発生す
る（ただし、検出用の光の可干渉距離が光ファイバーの
長さの１／２に比べて短ければ干渉しない）。レーザー
光は多くの場合直線偏光であり、このような反射光も直
線偏光であるが、光ファイバーを透過してくる光は必ず
しも直線偏光ではないので、偏光板によって不要な反射
光のみを除去することができる。
入射端面９ｂで反射して光電検出器に入る光を除去する
ものであるが、このような光が除去されないと、光ファ
イバーを透過してくる光と干渉して信号に雑音が発生す
る（ただし、検出用の光の可干渉距離が光ファイバーの
長さの１／２に比べて短ければ干渉しない）。レーザー
光は多くの場合直線偏光であり、このような反射光も直
線偏光であるが、光ファイバーを透過してくる光は必ず
しも直線偏光ではないので、偏光板によって不要な反射
光のみを除去することができる。
第１図は本発明の第１実施例のブロック図、および
第２図は本発明の第２実施例のブロック図である。
１・・・・・・励起用レーザー、１′・・・・・・励起
用レーザー、２・・・・・・チョッパー、３・・・・・
・反射鏡、４・・・・・・グイクロイックミラー、５・
・・・・・検出用レーザー、６・・・・・・半透明鏡、
７・・・・・・光電検出器、８，１０・・・・・・レン
ズ、９・・・・・・光ファイバー、１１・・・・・・試
料、１２・・・・・・偏光板、１３・・・・・・光電検
出器、１４・・・・・・増幅器、１５・・・・・・帯域
フィルター、１６・・・・・・ロックイン増幅器、 １７・・・・・・オッシロスコープ、 １８・・・・・・波形記憶装置、１９・・・・・・Ａ／
Ｄ変換器、２０・・・・・・増幅器、２１・・・・・・
Ａ／Ｄ変換器、２２・・・・・・計算機。 図！の浄書（内容に変更なし） 第１図 第２図 手続補正書（方式〉 特許庁長官 黒 １）明 雄 殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第２２７４８６
号２、発明の名称 光熱変位検出用光ファイバー干
渉計３、補正をする者 事件との関係 出願人 名称 （６７９）理化学研究所 ４、代理人
用レーザー、２・・・・・・チョッパー、３・・・・・
・反射鏡、４・・・・・・グイクロイックミラー、５・
・・・・・検出用レーザー、６・・・・・・半透明鏡、
７・・・・・・光電検出器、８，１０・・・・・・レン
ズ、９・・・・・・光ファイバー、１１・・・・・・試
料、１２・・・・・・偏光板、１３・・・・・・光電検
出器、１４・・・・・・増幅器、１５・・・・・・帯域
フィルター、１６・・・・・・ロックイン増幅器、 １７・・・・・・オッシロスコープ、 １８・・・・・・波形記憶装置、１９・・・・・・Ａ／
Ｄ変換器、２０・・・・・・増幅器、２１・・・・・・
Ａ／Ｄ変換器、２２・・・・・・計算機。 図！の浄書（内容に変更なし） 第１図 第２図 手続補正書（方式〉 特許庁長官 黒 １）明 雄 殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第２２７４８６
号２、発明の名称 光熱変位検出用光ファイバー干
渉計３、補正をする者 事件との関係 出願人 名称 （６７９）理化学研究所 ４、代理人
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 試料に光熱変位を起こさせる励起光光源、 光熱変位を光の干渉によって検出するための検出光光源
、 前記励起光および検出光を試料まで導く光ファイバー、
および 前記検出光が試料によって反射されることによって生じ
る光干渉強度を検出する光検出器を備えて構成される光
熱変位検出用光ファイバー干渉計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22748686A JPS6382344A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光熱変位検出用光フアイバ−干渉計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22748686A JPS6382344A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光熱変位検出用光フアイバ−干渉計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6382344A true JPS6382344A (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=16861640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22748686A Pending JPS6382344A (ja) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | 光熱変位検出用光フアイバ−干渉計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6382344A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04132941A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-07 | Rikagaku Kenkyusho | 光散乱トモグラフイの検出光投射装置 |
| US5402230A (en) * | 1991-12-16 | 1995-03-28 | Tsinghua University | Heterodyne interferometric optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object |
| JPH11101774A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Tsutomu Hoshimiya | 導体表面欠陥検査・評価装置 |
-
1986
- 1986-09-26 JP JP22748686A patent/JPS6382344A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04132941A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-07 | Rikagaku Kenkyusho | 光散乱トモグラフイの検出光投射装置 |
| US5402230A (en) * | 1991-12-16 | 1995-03-28 | Tsinghua University | Heterodyne interferometric optical fiber displacement sensor for measuring displacement of an object |
| JPH11101774A (ja) * | 1997-09-26 | 1999-04-13 | Tsutomu Hoshimiya | 導体表面欠陥検査・評価装置 |
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