熱物性測定装置、熱物性測定方法
【課題】加熱光と検出光との位置関係の変動、環境要因変化に依存して生じる前記加熱光の高周波成分に基づく測定結果の変動を極力防止し、これにより前記熱物性測定の再現性、信頼性を高く保ち、また、試料の熱伝導率と体積熱容量とを個別に測定可能な熱物性測定装置を提供すること。
【解決手段】試料７における加熱光Ｅの照射位置、検出光Ｄの照射位置を測定し、その測定結果に基づいてダイクロイックミラー１９の向きを変位させ、両者の照射位置が予め定められた目標相対位置関係となるように加熱光Ｅの照射位置を調節する。また、断続光に変換された加熱光Ｅを加熱光測定器２４により検出し、その検出結果に基づいて歪波成分を除去するようにドライバ８に入力する強度変調信号の調節を行う。また、ビーム調整器１８ａにより試料７における加熱光Ｅの照射径を調節して複数回測定した測定値に基づき、試料７の熱伝導率と体積熱容量とを個別に測定する。
【解決手段】試料７における加熱光Ｅの照射位置、検出光Ｄの照射位置を測定し、その測定結果に基づいてダイクロイックミラー１９の向きを変位させ、両者の照射位置が予め定められた目標相対位置関係となるように加熱光Ｅの照射位置を調節する。また、断続光に変換された加熱光Ｅを加熱光測定器２４により検出し、その検出結果に基づいて歪波成分を除去するようにドライバ８に入力する強度変調信号の調節を行う。また、ビーム調整器１８ａにより試料７における加熱光Ｅの照射径を調節して複数回測定した測定値に基づき、試料７の熱伝導率と体積熱容量とを個別に測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対して加熱光を照射し、該加熱光により加熱された前記試料の温度変化を測定することにより前記試料の熱物性を測定する熱物性測定装置及び熱物性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の熱物性を測定する方法として、従来からレーザーフラッシュ法がしばしば用いられている。同方法では、所定の加熱光（レーザ光）を前記試料に照射したときの前記試料の温度変化を測定することにより、熱物性を測定する。また、前記試料の温度変化は前記試料表面における反射率の変化等として観測することが可能である。そこで、前記加熱光以外に前記試料に所定の検出光を照射し、前記試料により反射された前記検出光の強度を測定することにより前記反射率を、ひいては前記熱物性を測定することが可能であり、薄膜熱物性測定法（レーザー熱物性顕微鏡）として、金属、セラミック、半導体、ガラス等の種々の試料の測定に利用されている。
上記のような原理による熱物性の測定装置として、例えば特許文献１等に記載の装置が知られている。図１は特許文献１に記載の微小領域熱物性測定装置の概略構成図である。以下、図１を参照しつつ、特許文献１等の従来例に記載の微小領域熱物性測定装置について説明する。
【０００３】
図１に示される、従来例における微小領域熱物性測定装置Ｂは、加熱用レーザ光源１、交流変調器２、ハーフミラー３、４及び１４、レンズ５、試料載置台６、ドライバ８、検出用レーザ光源９、光学フィルタ１０、検出光測定器１１、ロックインアンプ１２、関数発生器１３、光測定器１５、モニタ１６等を有して概略構成される。
前記加熱用レーザ光源１から加熱光Ｅが照射される。前記加熱光Ｅは交流変調器２を通過する際に周期的に強度変調される。また、前記加熱光Ｅはハーフミラー３に反射され、前記ハーフミラー４を通過する。更に、前記加熱光Ｅはレンズ５により集光されつつ前記試料載置台６に載置される試料７の測定部に照射される。前記試料７の測定部は前記加熱光Ｅの照射により加熱される。
尚、前記加熱光Ｅは、前記試料７の測定部への照射時において広がりをもっている。また、前記加熱光Ｅの広がりは一様ではなくムラが生じているものであり、従って前記試料７の測定部には、図２に示されるように前記加熱光Ｅの照射強度分布が生じる。
尚、関数発生器１３はドライバ８に対して加熱光の強度変調信号を出力する。前記ドライバ８は、それに基づいて前記交流変調器２に信号を出力し、加熱光の強度を変調する。
尚、前記加熱光Ｅの一部は前記試料７により反射され、更に前記ハーフミラー４及び１４により反射され、光測定器１５に入射する。前記光測定器１５は、測定する光の波長帯を設定する波長設定機能を有している。該機能により、前記加熱光Ｅの波長に相当する波長帯が設定されている際に、前記光測定器１５は前記加熱光Ｅを測定する。尚、前記光測定器１５は複数配列されたのＣＣＤ等からなるものであり、測定位置に対する前記加熱光Ｅの強度変化、即ち前記加熱光Ｅの強度分布を測定することが可能である。また、ここで測定された強度分布は、前記試料７の測定部に照射された前記加熱光Ｅの照射強度分布と等価である。
【０００４】
一方、前記検出用レーザ光源９からは検出光Ｄが照射される。前記検出光Ｄは前記ハーフミラー３、４を透過して前記試料７に照射され、前記試料７の表面温度に応じた反射率で反射される。前記試料７により反射された前記検出光Ｄは前記ハーフミラー４により反射され、光学フィルタ１０を通過して検出光測定器１１により検出される。また、前記検出光Ｄは前記検出光測定器１１により検出され、その強度に応じた信号レベルの電気信号に変換され、前記ロックインアンプ１２に入力される。
前記ロックインアンプ１２は、前記関数発生器１３による強度変調信号を参照信号として用い、前記加熱光Ｅに対する前記検出光Ｄの位相（熱反射信号）を観測する。これにより、前記ロックインアンプ１２は前記試料７の熱物性を測定する。
このような従来の薄膜熱物性測定法によれば、試料の熱物性値として熱浸透率が得られる。
尚、前記試料７により反射された前記検出光Ｄの一部は前記ハーフミラー４により反射された後に前記ハーフミラー１４により反射され、前記光測定器１５に入射する。前記光測定器１５の有する上述の波長設定機能により、前記検出光Ｄの波長に相当する波長帯が設定されている際には、前記検出光Ｄを検出して前記試料７の測定部における像の位置を測定することが可能である。尚、前記検出光Ｄは、前記加熱光Ｅとは異なり前記レンズ５により十分集光され、図２に示されるように前記試料７の測定部において小さなスポットの像を得る。
【特許文献１】特開２０００―１２１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のように、光測定器１５により測定される加熱光Ｅには強度分布が生じている。この強度分布は試料７の測定部に照射されるときの照射強度分布と等価であり、前記試料７に生じる発熱は、前記照射強度分布及び熱拡散に基づいて位置毎にバラツキが生じる。即ち、図３に示されるように、前記加熱光Ｅの照射位置と検出光Ｄの照射位置とのズレに応じて、前記検出光測定器１１により測定される熱反射信号の強度が異なる。
従って、前記試料７の熱物性を評価する際（薄膜熱物性測定法による測定の際）には、例えば検出光Ｄの照射軸と前記加熱光Ｅの照射軸を合わせるなどして、前記試料７におけるそれらの照射位置の相対位置関係を一定に保つ（つまり、前記照射強度分布における特定の位置からの検出光の反射を測定する）ことにより、加熱光Ｅの照射強度分布に起因する測定値のバラツキを抑えることが、前記熱物性測定の高い再現性、信頼性を得る上で重要である。
そこで、上述の従来例では、図２に示されるように、前記光測定器１５による前記加熱光Ｅの照射強度分布の測定結果及び前記検出光Ｄの像を前記モニタ１６（図１参照）の表示部に表示させ、実験者が該表示部による表示を参照しつつ、光軸方向の調節を行うこと等により、前記照射位置の相対位置関係が調節されていた。
しかし、従来例のような手動での調節では、前記相対位置関係の精度を高く保つことができず、前記熱物性測定の再現性、信頼性を低下させるという問題点がある。
一方、熱拡散の影響を小さくするため、従来の薄膜熱物性測定法による測定では、図２に示すように、試料７における加熱光Ｅの照射径（照射スポットの大きさ）を検出光Ｄの照射径よりも十分大きく設定していた。
【０００６】
また、前記試料７に照射される前の前記加熱光Ｅは、交流変調器２（図１参照）により断続光に変換、即ち強度変調されるが、一般的な強度変調においては予め設定された設定周波数以外の高周波成分等が混入してしまう。上述のように、ロックインアンプ１２では、断続的な前記加熱光Ｅに対する前記検出光Ｄの応答性が測定される（つまり、上述の強度変調信号を参照信号として用いる）ため、前記設定周波数以外の高周波成分は熱物性測定の外乱となる。
また、前記高周波成分の強度は装置周辺温度などの環境要因に依存するものであるため、該環境要因の変化に対して測定結果が変動してしまい、やはり前記熱物性測定の再現性、信頼性を低下させるという問題点がある。
また、試料の熱特性を評価する際、熱物性値として、試料の熱伝導率と体積熱容量（単位体積当たりの熱容量）とを区別して得たい（特に、熱伝導率を得たい）場合が多いが、前述したように、従来の薄膜熱物性測定法によれば、試料の熱浸透率を測定できるものの、熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定できないという問題点があった。なお、熱伝導率ｋと体積熱容量Ｃvとの積の平方根が熱浸透率ｂであるという次の（１）式の関係がある。
ｂ ＝ （ｋ・Ｃv）1/2 …（１）
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱光Ｅと検出光Ｄとの相対位置関係の変動、環境要因変化に依存して生じる前記加熱光Ｅの高周波成分に基づく測定結果の変動を極力防止し、これにより前記熱物性測定の再現性、信頼性を高く保つことが可能であり、また、試料の熱伝導率や体積熱容量を測定可能な熱物性測定装置及び熱物性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光の光源、該測定部に検出光を照射する検出用の光源、前記測定部から反射した前記検出光を測定する検出器等を備えており、前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置と前記検出光の照射位置とを検出し、それらの検出結果に基づいて、両者の照射位置を予め定められた目標の位置関係となるように調節することを特徴とする熱物性測定装置として構成される。これにより、前記加熱光の照射位置と前記検出光の照射位置とが同じ相対位置関係になるように高精度で調節され、常時前記照射強度分布における特定の位置で反射された検出光を測定することが可能である。
また、前述のように前記加熱光は広がりを持って前記試料の測定部に入射するものであり、前記試料の測定部には前記加熱光の照射強度分布が生じる。従って、その照射強度分布を測定し、その結果に基づいて前記加熱光の照射位置を決定することが望ましい。例えば、前記照射強度分布における最強照射強度の位置を前記加熱光の照射位置とすればよい。また、前記照射強度分布において所定の照射強度以上の強度が得られる領域を判別し、該領域の幾何中心を前記照射位置としても良い。更に、各位置の照射強度をその位置に対する距離で重み付けした量の総和（照射強度のモーメント量）が最小になるような箇所を前記照射位置としても良い。
尚、図３のグラフは前記加熱光の前記照射強度分布がガウス分布状であることを示唆している。そこで、ガウス分布状の前記照射強度分布における最強照射強度位置と前記検出光との照射位置を略一致させるように相対位置の調節を行う場合、前記加熱光若しくは前記検出光の位置ズレに対する照射強度の変動が少なく、好適である。
【０００８】
ところで、本発明は前記試料の測定部に照射される前に、所定の設定周波数に基づいて断続光に変換（強度変調）された前記加熱光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記強度変調における前記設定周波数以外の周波数成分を除去する熱物性測定装置として捉えたものであっても良い。これにより、装置周辺温度などの環境要因に依存して生じる前記設定周波数以外の周波数成分が除去され、これにより前記環境要因に対する測定結果の変動を防止することが可能である。
更に、上記構成に加えて前記加熱光の径を調節することが可能な構成（前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段）を有する例も考えられる。前記試料の測定部において最終的に生じる発熱は、前記加熱光の照射強度分布に加えて、前記試料による熱拡散に依存する。該熱拡散は前記試料に照射されるときの前記加熱光の径に比べて熱拡散長が大きいときに顕著となるものである。従って、前記加熱光の径を広げる調節を行うことにより、前記試料の発熱量の熱拡散による変動を防止することが可能となり、これにより前記熱物性測定の再現性、信頼性を一層高く保つことが可能である。
逆に、前記熱拡散の様子を評価したい場合などには、前記加熱光の径を小さくすることにより、意図的に前記熱拡散を顕著にする等の用い方も考えられる。
例えば、試料における前記検出光の照射径を固定した状態で、加熱光の照射径（照射領域）を小さくするほど、試料の熱拡散の影響により、試料から反射した検出光（反射検出光）の強度変化の位相遅れ（加熱光の強度変調の位相に対する遅れ）は小さくなる。その際、試料の熱伝導率が大きいほど、熱拡散の影響がより大きくなり、反射検出光の位相遅れがより小さくなる。
【０００９】
そこで、次の（１）〜（３）に示す各工程を有する熱物性測定方法、即ち、加熱光の径を調節可能として意図的に熱拡散の状態を変化させる測定方法により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができる。
（１）光源から出力された所定の加熱光を試料の測定部に照射する際のその試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節工程。
（２）前記加熱光照射径変更工程により各々異なる照射径に調節された前記加熱光が前記試料の測定部に照射された複数の加熱光照射状態各々において、光源から出力された所定の検出光を前記試料の測定部に照射し、これが反射した前記検出光の強度を所定の光強度測定手段を通じて測定する検出光強度測定工程。
（３）前記検出光強度測定工程の測定結果に基づいて前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を所定のプロセッサにより導出する熱物性導出工程。
例えば、前記熱物性導出工程において、前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記検出光強度測定工程における前記複数の加熱光照射状態各々について前記試料の熱伝導のシミュレーション計算を実施した結果とが整合するときのそのシミュレーション計算に用いた前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を導出すればよい。
【００１０】
ここで、前記熱物性導出工程の第１の具体例としては、次の（３−１）及び（３−２）に示す各工程を有するものが考えられる。
（３−１）前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の条件を設定して前記シミュレーション計算を所定のプロセッサにより実行するシミュレーション計算工程。
（３−２）前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記シミュレーション計算工程により得られたシミュレーション結果との整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第１の測定結果整合判別工程。
また、前記熱物性導出工程の第２の具体例としては、次の（３−３）に示す工程を有するものが考えられる。
（３−３）前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる複数の条件下での前記シミュレーション計算の結果と各条件における前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方とが対応付けられて所定の記憶手段に記憶されたシミュレーション結果情報と、の整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第２の測定結果整合判別工程。
この第２の測定結果整合判別工程によれば、有限要素法などにより前記シミュレーション計算を行うプロセッサ（計算機）と、薄膜熱物性測定法による熱物性測定装置に組み込む、或いは同測定装置に接続するプロセッサ（計算機）とを分けることができる。
また、以上に示した熱物性測定方法に用いる熱物性測定装置は、次の（１）〜（４）に示す構成要素を備えたものであれば好適である。
（１）所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段。
（２）前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段。
（３）前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段。
（４）前記加熱光が照射された前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱光の照射位置と検出光の照射位置とを調節することにより、前記加熱光の照射強度分布に基づく測定結果の変動を防止することが可能である。また、前記加熱光を断続光に変換する際の設定周波数以外の周波数成分を除去することにより、装置周辺温度などの環境要因に依存する測定結果の変動を防止することが可能である。従って、前記試料の熱物性測定の再現性、信頼性を高く保つことが可能である。
また、加熱光の径を調節可能として意図的に熱拡散の状態を変化させる熱物性測定方法により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、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は従来例における微小領域熱物性測定装置の概略構成図、図２は加熱光の照射強度分布及び検出光のスポットの像を表す図、図３は加熱光の照射位置と検出光の照射位置との相対距離に対する前記検出光の反射強度変化を表すグラフ、図４は本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａの概略構成図、図５は２種類の試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係をシミュレーションした結果を表すグラフ、図６はある試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフ、図７は熱物性測定装置Ａにより試料の熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順を表すフローチャート、図８は熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００１３】
以下、図４を参照しつつ、本発明の実施形態に係る熱物性測定装置について説明する。図４に示されるように、本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａは、加熱用レーザ光源１、レンズ５、試料載置台６、ドライバ８、検出用レーザ光源９、光学フィルタ１０、検出光測定器１１、ロックインアンプ１２、ハーフミラー１４及び２５、光測定器１５、音響光学変調器１７、ビーム調整器１８ａ、１８ｂ、制御装置２１、アクチュエータ２２、ダイクロイックミラー１９、ビームスプリッタ２０、フィルタ２３、加熱光測定器２４等を有して概略構成される。ここで、制御装置２１は、演算手段であるＣＰＵ（プロセッサ）と、そのＣＰＵによって実行される各種プログラムや測定データ等が記憶される記憶部と、光測定器１５やドライバ８等との間で信号を入出力するインターフェースとを備えた計算機である。以下に示す制御装置２１の処理は、そのＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
前記加熱用レーザ光源１（加熱光照射手段の一例）から、例えば波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ等の加熱光Ｅが出射される。前記加熱用レーザ光源１より出射された前記加熱光Ｅは、前記音響光学変調器１７を通過する際に、周波数ｆで強度変調される。詳しくは、前記制御装置２１により生成された、強度変調情報を表す強度変調信号が前記ドライバ８に入力されており、該ドライバ８で前記音響光学変調器１７を制御することにより、前記加熱光Ｅは周波数ｆで強度変調される。
【００１４】
前記音響光学変調器１７を通過した前記加熱光Ｅは、一部が前記ハーフミラー２５により反射され、前記加熱光測定器２４に入射する。該加熱光測定器２４の機能については後述する。
前記加熱光Ｅの残り部分は前記ビーム調整器１８ａを通過する際にビームの広がり角が調節され、それに応じた広がり角で前記ダイクロイックミラー１９に入射し、反射される。尚、前記ビーム調整器１８ａは前記制御装置２１の制御に基づいて前記加熱光Ｅの前記試料上での径を調節するものであり、前記ビーム調整器１８ａ及び前記制御装置２１が加熱光照射径調節手段の一例である。前記ダイクロイックミラー１９により反射された前記加熱光Ｅは、前記ハーフミラー１４を通過し、前記レンズ５により集光されつつ前記試料載置台６上に載置されている試料７の測定部（測定対象の箇所）に照射される。前記加熱光Ｅの一部は前記試料７の測定部に吸収され、発熱を生じさせる。一方、前記加熱光Ｅの残り部分は前記試料７の測定部により反射され、更に前記レンズ５を通過して前記ハーフミラー１４に反射され、前記光測定器１５に入射する。
一方、前記検出用レーザ光源９（検出光照射手段の一例）からは、例えば波長６３５ｎｍの半導体レーザ等の検出光Ｄが出射される。前記検出光Ｄは、前記ビーム調整器１８ｂを通過する際にビームの広がり角が調節され、前記ビームスプリッタ２０に入射し、反射される。前記ビームスプリッタ２０により反射された前記検出光Ｄは前記ダイクロイックミラー１９、前記ハーフミラー１４を通過し、前記レンズ５により集光されつつ前記試料７に照射される。前記検出光Ｄは、前記加熱光Ｅの照射により変化する前記試料７の温度に応じた反射率（反射強度）で反射される。前記検出光Ｄの大部分は入射時と同じ光路を遡り、前記ダイクロイックミラー１９及び前記ビームスプリッタ２０を通過し、更に光学フィルタ１０を通過して、前記検出光Ｄを測定する前記検出光測定器１１に入射する。以下、便宜上、検出光測定器１１に入射する検出光Ｄ（試料７に反射した検出光Ｄを、反射検出光Ｄ’と称する。
前記検出光測定器１１は、反射検出光Ｄ’をその強度に応じた信号レベルの電気信号に変換（これにより、強度を測定する）し、前記フィルタ２３を介して前記ロックインアンプ１２に入力する。前記制御装置２１から前記ドライバ８に入力された前記強度変調信号は前記ロックインアンプ１２にも入力されており、前記ロックインアンプ１２は前記強度変調信号を参照信号として用いることで、前記加熱光Ｅに対する（加熱光Ｅの照射による）反射検出光Ｄ’の強度変化（熱反射信号）を測定し、その強度変化の位相遅れ（強度変調される加熱光Ｅの位相に対する遅れ）に基づいて前記試料７の熱物性を評価する。尚、前記検出光測定器１１及び前記ロックインアンプ１２が検出光強度測定手段の一例である。
一方、前記検出光Ｄの残り部分は前記ハーフミラー１４により反射され、前記光測定器１５に入射する。
以上は、従来例と同様である。
【００１５】
本発明の実施形態に係る熱物性評価装置Ａの特徴は以下の２つの機能にある。即ち、前記加熱光Ｅの照射位置（照射強度分布）及び前記検出光Ｄの照射位置を検出し、それらの照射位置を予め前記制御装置２１に設定されている目標位置関係となるように制御する第１の機能、及び前記音響光学変調器１７により断続光に変換された前記加熱光Ｅを検出し、その結果に基づいて前記設定周波数に相当する成分以外の成分を前記加熱光Ｅから除去する第２の機能である。
まず、前記第１の機能について以下に詳述する。
前述のように、前記試料７に反射された前記加熱光Ｅ、前記検出光Ｄの一部は前記ハーフミラー１４に反射され、前記光測定器１５に入射する。
前記光測定器１５は、測定する光の波長帯を設定する波長設定機能を有する。該機能により、前記加熱光Ｅの波長に相当する波長帯、前記検出光Ｄの波長に相当する波長帯を順次切り替えつつ両方の光を測定する。
【００１６】
前記光測定器１５は複数配列されたＣＣＤを有しており、測定位置に対する前記加熱光Ｅの強度変化を測定することが可能である、前記光測定器１５による前記加熱光Ｅの測定結果は前記制御装置２１に入力される。前述のように、前記加熱光Ｅは前記試料７の測定部上で照射強度分布を有するものであり、前記制御装置２１は前記光測定器１５による測定結果に基づいて前記照射強度分布を測定する。また、前記制御装置２１は、測定された前記照射強度分布に基づいて、該照射強度分布における最高照射強度位置を照射位置として測定する。前記光測定器１５及び前記制御装置２１が加熱光照射位置測定手段の一例である。
また、前記光測定器１５は前記検出光Ｄを測定する。また、その測定結果を前記制御装置２１に入力する。前記検出光Ｄは前記試料７の測定部において十分に集光され、小さなスポット径が得られている。前記制御装置２１は、前記検出光Ｄのスポットの中心位置（例えば、所定閾値以上の強度が得られている領域の幾何中心）を前記光測定器１５から入力された測定結果に基づいて判別し、それを前記検出光Ｄの照射位置として測定する。前記光測定器１５及び前記制御装置２１が検出光照射位置測定手段の一例である。
【００１７】
このように、前記制御装置２１は、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置（加熱光照射位置測定手段による測定結果）と前記検出光Ｄの照射位置（検出光照射位置測定手段による測定結果）とを測定する。また、前記制御装置２１（相対位置関係調節手段の一例）は、それらの測定結果に基づいて、以下のように前記試料７の測定部における前記検出光Ｄの照射位置と、前記試料７の測定部における前記加熱光Ｅの照射位置との相対位置関係を調節する。
前記制御装置２１（相対位置関係調節手段の一例）には、両者の照射位置の目標となる位置関係の情報が予め入力され記憶されている。該位置関係の情報は、上述のように検出された最高照射強度位置と、前記検出光Ｄの照射位置とを略一致させる規則を定めたものであり、前記制御装置２１は該規則に基づいて、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置（照射位置）を調節する。
具体的な前記加熱光Ｅの照射位置の調節方法は、以下のようなものである。前記試料７の測定部に向けて前記加熱光Ｅを反射させる前記ダイクロイックミラー１９は、前記アクチュエータ２２の駆動軸に連結されている。該アクチュエータ２２の駆動に伴って反射面（前記加熱光Ｅが入射する側の面）の向きが変更（調節）され、これにより前記検出光Ｅの照射方向を変化させることが可能である。
前記制御装置２１は、前記加熱光Ｅの現在の照射位置（最高照射強度位置）と、前記検出光Ｄの現在の照射位置とから、前記加熱光Ｅの照射位置（最高照射強度位置）と前記検出光Ｄの照射位置とが一致するような前記加熱光Ｅの照射位置の変位量を計算する。また、前記制御装置２１は、該変位量を前記アクチュエータ２２の駆動量に換算する。更に、前記制御装置２１は、該駆動量に基づいて前記アクチュエータ２２の駆動制御を行い、これにより前記加熱光Ｅの照射位置（最高照射強度位置）と前記検出光Ｄの照射位置とを一致させる。
以上のように、前記制御装置２１が前記アクチュエータ２２の駆動制御を行うことにより、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置と検出光Ｄの照射位置とが略一致するように調節されるので、前記加熱光Ｅと前記検出光Ｄとの位置ズレ等により生じる測定結果の変動を防止することが可能である。
【００１８】
以下、前記第２の機能について詳述する。
前述のように、前記加熱光Ｅは、前記音響光学変調器１７により断続光に変換される。また、断続光に変換された前記加熱光Ｅの一部は、前記試料７における測定部に入射する前に前記ハーフミラー２５により反射され、前記加熱光測定器２４（加熱光強度測定手段の一例）に入射し、その強度が検出される。即ち、前記加熱光測定器２４は、前記加熱光Ｅをその強度に応じた信号レベルの電気信号に変換し、その信号を前記制御装置２１に入力する。
また、前記制御装置２１は、前記電信号（加熱光強度測定手段による検出結果）から前記加熱光Ｅの強度を読み取り、その強度を時系列で記憶して、予め定められた一定期間の時間変化（以下、強度変調情報）を観測する。更に、前記制御装置２１は前記強度変調情報に対して周波数分解を施し、前記強度変調情報を前記設定周波数（前記加熱光Ｅを断続光に変換する周波数）成分とそれ以外の歪波成分（設定周波数をｆとすると、２ｆ、３ｆ等の高周波成分）とに分解する。
さらに、前記制御装置２１は、そのように取得された前記歪波成分の大きさに基づいて、前記歪波成分を低減（除去）するように前記強度変調信号（前記音響光学変調器１７を駆動するドライバ８に入力される（制御装置２１がドライバ８に出力する）信号）の波形を調節する。尚、前記歪波成分の大きさと前記強度変調信号の波形調節の度合いとの対応関係として、予め実験などに基づいて定められた適切な対応関係が前記制御装置２１の有する記憶部に記憶されているものとする。前記制御装置２１及び前記ドライバ８が加熱高周波数調節手段の一例である。
以上のように、前記加熱光Ｅを断続光に変換する際の、前記設定周波数以外の高周波数成分を除去することにより、装置周辺温度などの環境要因に依存する測定結果の変動を防止することが可能である。
【実施例】
【００１９】
上述の実施形態においては、加熱光Ｅの照射強度分布において最高照射強度位置が前記加熱光Ｅの照射位置であると定められたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、前記照射強度分布において予め定められた照射強度以上の強度が得られる領域を判別し、該領域の幾何中心を前記照射位置としても良い。更に、各位置に対する照射強度をその位置に対する距離で重み付けした量の総和（照射強度のモーメント量）が最小になるような箇所を前記照射位置としても良い。
尚、上述の実施例のように前記加熱光Ｅの照射位置を変化させる代わりに、前記検出光Ｄの照射位置を変化させてもよい。しかし、前記検出光Ｄが試料７の測定部において反射された反射光を測定する必要があるため、前記検出光Ｄの前記照射位置の変化に応じて検出光測定器１１等を変位させる必要があることに注意を要する。
【００２０】
次に、図５に示すグラフを参照しつつ、試料７における加熱光Ｅの照射径と試料の熱物性との関係をシミュレーションした結果について説明する。
図５は、２種類の試料α及び試料βについて、加熱光Ｅの照射径Ｒｅ（横軸）と、試料α、βに対する加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の位相の変化量を表す位相遅れθ（縦軸）との関係をシミュレーションした結果を表すグラフである。ここで、反射検出光Ｄ’の位相遅れθは、試料の熱伝導を数値解析（シミュレーション）して得た計算値である。なお、横軸は対数軸となっている。また、反射検出光Ｄ’の位相遅れθは、強度変調される加熱光Ｅの位相に対する反射検出光Ｄ’の変動の位相遅れである。
ここで、試料α及び試料βは、それぞれ熱浸透率は同じであるが、熱伝導率と体積熱容量とが異なる物質である。
具体的には、試料βは、試料αに対して熱伝導率が１／４倍であり、体積熱容量が４倍である。
これら２種類の試料α、試料β各々について、以下の設定条件の下で試料における検出光Ｄの照射部の熱伝導を数値解析（シミュレーション）し、検出光Ｄの位相遅れθの計算値を求めた。
（条件１）試料における検出光Ｄの照射部に、厚さ０．１μｍのモリブデン膜が塗布されている。
（条件２）加熱光Ｅの強度変調周期（断続周期）は１［ＭＨｚ］。
（条件３）試料における加熱光Ｅの照射強度が最大の位置と検出光Ｄの照射位置（照射中心）とが一致。
（条件４）試料における検出光Ｄの照射径は１［μｍ］。
（条件５）試料における加熱光Ｅの照射径Ｒｅを異なる５種類に設定。
なお、モリブデン膜は、熱浸透率の比較対象材となる膜として塗布されるものであり、熱物性測定装置Ａによる実際の測定の際にも、検出光Ｄを効率的に反射させるために試料７に塗布されるものである。また、検出光Ｄの照射径は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅに対して無視できる程度に十分に小さい径としている。
【００２１】
以下、図５に示すグラフから読み取れる事項について説明する。
まず、試料α、βにおける検出光Ｄの照射径に対して加熱光Ｅの照射径Ｒｅが十分に大きい状態（図５におけるＲｅ＝１００μｍの状態）では、試料α及び試料βそれぞれにおける位相遅れθはほぼ等しい、ということが読み取れる。即ち、従来の薄膜熱物性測定法による熱物性測定方法、即ち、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを検出光Ｄの照射径に対して十分に大きな径に固定して測定する方法では、試料αと試料βの熱物性の違いを区別できない。
また、試料α、βにおける検出光Ｄの照射径を固定した状態で、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを変化させると、照射径Ｒｅを小さくするほど位相遅れθは小さくなる、ということが読み取れる。これは、照射径Ｒｅが小さいほど、検出光Ｄの照射部における熱拡散の影響により、加熱光Ｅの照射による検出光Ｄの照射部の温度変化が小さくなるためである。
さらに、熱伝導率の大きい試料αの方が、照射径Ｒｅの変化に対する位相遅れθの変化量が大きい、ということが読み取れる。これは、試料の熱伝導率が大きいほど、検出光Ｄの照射部における熱拡散の影響が大きくなり、加熱光Ｅの照射による検出光Ｄの照射部の温度変化がより小さくなるためである。
そして、以上に示した事項から、前記熱物性測定装置Ａにより、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを変更し、意図的に熱拡散の状態を各々異なる複数の状態にして反射検出光Ｄ’の測定を行えば、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができることがわかる。
【００２２】
図６は、熱伝導率及び体積熱容量が既知のある試料γ（シリコン）における加熱光Ｅの照射径Ｒｅ（横軸）と反射検出光Ｄ’の位相遅れθ（縦軸）との関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフである。
図６のグラフにおいて正方形の印でプロットした点は、試料γを熱物性測定装置Ａにより測定した測定値（加熱光Ｅの強度変調の位相に対する反射検出光Ｄ’の強度変化の位相の遅れθ）を表し、黒丸印でプロットした点は、試料γの測定部における熱伝導を有限要素法によりシミュレーション計算して得た計算値（反射検出光Ｄ’の位相遅れθのシミュレーション値）を表す。
ここで、熱物性測定装置Ａによる試料γの測定は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを異なる２種類に設定して行った。
また、シミュレーション計算に必要な熱伝導率及び体積熱容量は、試料γについての既知の値（真の値）を設定した。また、シミュレーション計算に必要なその他の前提条件値、即ち、前述した（条件１）〜（条件４）に相当する条件や、加熱光Ｅの照射径Ｒｅ、加熱光Ｅの強度等は、熱物性測定装置Ａによる測定条件（装置を構成する各機器の仕様や制御装置２１による各機器の調整結果等）から予め知ることができる値を設定した。
【００２３】
図６からわかるように、試料γの熱伝導率及び体積熱容量と、その他の予め知ることができる測定条件とを設定して熱伝導のシミュレーション計算を行うと、その計算値（シミュレーション値）と測定値とが合致する。
このことから、試行錯誤的に決定した熱伝導率及び体積熱容量と、熱物性測定装置Ａによる測定条件（予め知ることができる測定条件）とを設定して熱伝導のシミュレーション計算を行い、その計算値と測定値とが合致（整合）すれば、そのシミュレーション計算において設定した熱伝導率及び体積熱容量が、測定対象となった試料の熱伝導率及び体積熱容量であるといえる。即ち、未知数が熱伝導率及び体積熱容量の２つであるので、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる複数の値（２種類以上の値）に設定して測定及びシミュレーション計算を行えば、その未知数（試料の熱伝導率及び体積熱容量）を個別に導出することができる。
ここで、理論上は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる２種類に設定すれば、試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出できる。
一方、各種の誤差を考慮し、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる３種類以上の値に設定して測定及びシミュレーション計算を行うことも考えられる。この場合、例えば、それら３つ以上の測定値及び計算値の相互間の平均的な偏差（誤差）が最小となる、或いは所定の許容誤差範囲内となる等の条件に合致した場合に、測定値と計算値とが合致したものと判定すればよい。
【００２４】
次に、図７に示すフローチャートを参照しつつ、熱物性測定装置Ａにより試料の熱物性値として熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順について説明する。なお、Ｓ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号である。
［ステップＳ１、Ｓ２］
まず、例えば制御装置２１が検出用レーザ光源９を動作させることにより、検出光Ｄが試料７に照射され、そのときの検出光Ｄの反射光の強度分布が、光測定器１５により測定される（Ｓ１）。このとき、制御装置２１により、ビーム調整器１８ｂが所定の初期状態に設定される。さらに、制御装置２１により、検出光Ｄの反射光の波長帯が測定されるよう、光測定器１５の波長設定機能が制御される。これにより、検出光Ｄの反射光の強度分布（光強度及び座標）が、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
次に、例えば制御装置２１が加熱用レーザ光源１及び音響光学変調器１７を動作させることにより、強度変調された加熱光Ｅが試料７に照射され、そのときの加熱光Ｅの強度の時系列データが、加熱光測定器２４により測定されるとともに、加熱光Ｅの反射光の強度分布が、光測定器１５により測定される（Ｓ２）。このとき、制御装置２１により、ビーム調整器１８ａが所定の初期状態に設定される。さらに、制御装置２１により、加熱光Ｅの波長帯が測定されるよう、光測定器１５の波長設定機能が制御される。これにより、加熱光Ｅの強度の時系列データと、加熱光Ｅの反射光の強度分布（光強度及び座標）とが、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
【００２５】
［ステップＳ３、Ｓ４］
次に、制御装置２１により、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの時系列データに基づく周波数分解により、前述したように、以後の測定において制御装置２１からドライバ８に出力される前記強度変調信号の波形調節が行われる（Ｓ３）。
さらに、制御装置２１により、ステップＳ１で得られた検出光Ｄの反射光の強度分布データに基づいて、試料７における検出光Ｄの照射径（スポット径）が求められるとともに、その照射径が、予め定められた照射径となるように、ビーム調整器１８ｂが調整される（Ｓ４）。併せて、制御装置２１により、ステップＳ１で得られた検出光Ｄの反射光の強度分布データと、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの反射光の強度分布データとに基づいて、加熱光Ｅ及び検出光Ｄの試料７における照射位置が特定され、前述したように、それらの照射位置が、予め定められた位置関係（例えば、加熱光Ｅの最高照射強度位置と検出光Ｄの照射位置とがほぼ一致する位置関係）となるように、アクチュエータ２２が制御される（Ｓ４）。
以上のステップＳ１〜Ｓ４に示す処理により、熱物性測定装置Ａの校正が終了し、次のステップＳ５〜Ｓ１０の処理により、試料７の測定が行われる。
【００２６】
［ステップＳ５〜Ｓ１０］
試料７の測定段階においては、ｎ回（ｎ≧２）の測定が行われ、その測定ごとに、試料７における加熱光Ｅの照射径Ｒｅが異なる径となるように設定される。以下、予め定められたｉ回目（ｉ＝１〜ｎ）の測定における加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)という。
試料７の測定段階においては、まず、制御装置２１により、所定のカウンタ変数ｉが初期値（＝１）に設定される（Ｓ５）。
続けて、制御装置２１により、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの反射光の強度分布データから求められる試料７における加熱光Ｅの照射径に基づいて、その照射径が第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)となるように、ビーム調整器１８ｂが調整される（Ｓ６、加熱光照射径調節工程の一例）。
次に、例えば制御装置２１が検出用レーザ光源９、加熱用レーザ光源１及び音響光学変調器１７を動作させることにより、検出光Ｄと、強度変調された加熱光Ｅとが試料７に照射され、検出光測定器１１により、第ｉ回目の反射検出光Ｄ’の測定、即ち、第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)に調整された加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の強度変化の測定が行われる（Ｓ７）。これにより、第ｉ回目の反射検出光Ｄ’の測定データが、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
以後、１回の測定ごとに、制御装置２１により、カウンタ変数ｉが既定回数ｎとなる（ｉ＝ｎ）という終了条件が成立したか否かが判別され（Ｓ８）、その終了条件が成立するまで、カウンタ変数ｉがカウントアップされる（Ｓ９）ごとに、ステップＳ６及びＳ７の処理が実行される。
【００２７】
このように、ステップＳ６の処理によって各々異なる照射径Ｒｅ(ｉ)に調節された加熱光Ｅが試料７の測定部に照射された複数の状態（加熱光照射状態）各々において、検出光レーザ光源９から出力された検出光Ｄが、試料７の測定部に照射され、これが反射した反射検出光Ｄ’の強度が、検出光測定器１１（光強度測定手段の一例）を通じて測定される（Ｓ７、検出光強度測定工程の一例）。
これにより、第１回目から第ｎ回目までの反射検出光Ｄ’の測定データ（加熱光Ｅの照射強度の時系列データ及び反射検出光Ｄ’の強度変化の時系列データ）が、制御装置２１の記憶部に記憶される。
最後に、制御装置２１により、ステップＳ５〜Ｓ９の処理により得られたｎ回分の反射検出光Ｄ’の測定データに基づいて、試料７の熱伝導率及び体積熱容量が導出され（Ｓ１０、熱物性導出工程の一例）、測定が終了する。
【００２８】
続いて、図８に示すフローチャートを参照しつつ、ステップＳ１０における熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順（Ｓ２１〜Ｓ２６）について説明する。
［ステップＳ２１、Ｓ２２］
まず、制御装置２１により、ステップＳ５〜Ｓ９の処理により得られたｎ回分の反射検出光Ｄ’及び加熱光Ｅの測定データから図５に示した反射検出光Ｄ’の位相遅れθが算出される（Ｓ２１）。このステップＳ２１で得られる第ｉ回目の測定データに基づく位相遅れを、以下、位相遅れ測定値θｘ(ｉ)と称する。なお、ステップＳ７での測定時に、反射検出光Ｄ’及び加熱光Ｅの測定データから位相遅れ測定値θｘ(ｉ)を算出して記憶しておいてもよい。
さらに、制御装置２１により、シミュレーション計算の入力として用いられる試料７の熱伝導率と体積熱容量とが、所定の初期値に設定される（Ｓ２２）。
この初期値は、例えば以下のようにして決定する。
まず、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最大のときの測定値（位相遅れ測定値θｘ(１)の大きさ）に応じて、試料の浸透率の初期値ｂ0を決定する。この決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。通常、照射径Ｒｅが最大のときの測定値が大きい（反射検出光D’の変化が大きい）ほど、試料の熱浸透率は小さい。
次に、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最小のときと最大のときとの測定値の差（θｘ(１)−θｘ(ｎ)）に応じて、試料の熱拡散率α0を決定する。この決定も、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。
さらに、次の（２．１）式、及び（２．２）式に基づいて体積熱容量の初期値Ｃv0及び熱伝導率の初期値ｋ0を決定する。
Ｃv0 ＝ ｂ0／α01/2 …（２．１）
ｋ0 ＝ α0・Ｃv0 …（２．２）
【００２９】
［ステップＳ２３、Ｓ２４］
次に、制御装置２１により、第１回目〜第ｎ回目までの加熱光Ｅの照射状態（ステップＳ７において照射径Ｒｅ(ｉ)の加熱光Ｅが照射された状態）各々について、その時点で設定されている試料７の熱伝導率及び体積熱容量を前提条件とし、試料７の測定部における熱伝導を有限要素法等によってシミュレーション計算が行われる（Ｓ２３、シミュレーション計算工程）。これにより、第１回目〜第ｎ回目までの加熱光Ｅの照射状態各々について、加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の位相遅れの計算値（以下、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)と称する）が、シミュレーション結果として算出され、制御装置２１の記憶部に記憶される。
続けて、制御装置２１により、ステップＳ２３のシミュレーション計算により得られた位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と、ステップＳ７の測定により得られた位相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが、所定の誤差範囲内で合致するか否かが判別される（Ｓ２４）。このステップＳ２４は、ステップＳ７の測定処理による測定結果と、ステップＳ２３のシミュレーション計算によるシミュレーション結果との整合を判別する処理を、制御装置２１により実行する第１の測定結果整合判別工程の一例である。
【００３０】
［ステップＳ２５］
ステップＳ２４の判別処理において、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致しない（整合しない）場合、制御装置２１により、次のシミュレーション計算の入力として用いられる試料７の熱伝導率と体積熱容量とが、その時点で設定されている値から別の値に変更（再設定）され（Ｓ２５）、その後、前述した処理がステップＳ２３へ戻される。これにより、新たに設定された試料７の熱伝導率と体積熱容量とを前提条件として、シミュレーション計算（Ｓ２３）が再実行される。
ここで、新たに設定する試料７の熱伝導率及び体積熱容量は、例えば、以下のようにして決定する。
まず、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最大のときの測定値と計算値（シミュレーション計算結果）との差Δθa（＝θｓ(１)−θｘ(１)）に応じて、その時点で設定されている試料の浸透率の値ｂjに加算する加算値Δｂを決定し、ｂj＋Δｂを新たな浸透率ｂj+1とする。Δｂの決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。通常、Δθaが大きいほど、Δｂは小さい。
次に、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最小のときと最大のときとの計算値の差と、同測定値の差との間の差Δθb｛＝（θｓ(１)−θｓ(ｎ)）−（θｘ(１)−θｘ(ｎ)）｝に応じて、その時点で設定されている試料の熱拡散率の値αjに加算する加算値Δαを決定し、αj＋Δαを新たな熱伝導率αj+1とする。Δαの決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。
さらに、前述の（２．１）式、（２．２）式を変形した次の（３．１）式、（３．２）式に基づいて新たな体積熱容量の値Ｃvj+1及び熱伝導率の値ｋj+1を決定する。
Ｃvj+1 ＝ ｂj+1／αj+11/2 …（３．１）
ｋj+1 ＝ αj+1・Ｃj+1 …（３．２）
このように、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致するまで、以上に示したステップＳ２３〜Ｓ２５の処理が繰り返される。
そして、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致（整合）すると、制御装置２１により、その位相遅れ計算値θｓ(ｉ)を算出するシミュレーション計算に用いた試料の熱伝導率及び体積熱容量の設定値が、測定した試料７の熱物性値（熱伝導率及び体積熱容量の測定結果）として決定（導出）され、記憶部に記憶される。以上により、ステップＳ１０における熱伝導率及び体積熱容量の導出処理が終了する。
なお、必要に応じて、熱伝導率又は体積熱容量の一方のみを記憶部に記憶させる（導出する）ことも考えられるが、その場合でも、内部的には、処理過程において熱伝導率及び体積熱容量の両方が特定される。
【００３１】
以上に示した実施例は、熱物性測定装置Ａを構成する制御装置２１により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを導出（Ｓ９）する際に、熱伝導のシミュレーション計算が実行される例について示したが、以下に示す他の実施例（ステップＳ２１〜Ｓ２６の処理に代わる実施例）も考えられる。
まず、所定の計算機により、ステップＳ７における加熱光Ｅの複数の照射状態（第１回〜第ｎ回）各々について、試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる多数の条件下で、試料の熱伝導のシミュレーション計算を予め実行し、その計算結果（例えば、位相遅れθｓ(ｉ)）と各条件（シミュレーション条件）における試料の熱伝導率及び体積熱容量とを予め制御装置２１の記憶部に記憶させておく。以下、この記憶情報を、シミュレーション結果情報と称する。
そして、ステップＳ９において、制御装置２１（プロセッサの一例）により、前記シミュレーション結果情報を参照し、測定値に最も近い（差が小さい）計算値及びその計算値に対応する熱伝導率及び体積熱容量の組合せを特定する。これは、試料の測定結果と前記シミュレーション結果情報との整合を判別する処理の一例である（第２の測定結果整合判別工程の一例）。
ここで、前記シミュレーション結果情報に含まれる試料の熱伝導率及び体積熱容量の分解能（各値の差）が、要求される測定精度を満たす程度の分解能であれば、測定値に最も近い計算値に対応する熱伝導率及び体積熱容量を、測定した試料の熱伝導率及び体積熱容量として導出すればよい。
一方、前記シミュレーション結果情報に含まれる試料の熱伝導率及び体積熱容量の分解能が、要求される測定精度に満たない分解能でる場合は、測定値に最も近い計算値と、２番目に近い計算値とに基づく所定の補間計算や外挿計算を行うことにより、測定した試料の熱伝導率及び体積熱容量を算出（導出）すればよい。
このような処理によって試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出すれば、有限要素法などによりシミュレーション計算を行う高度なプロセッサ（計算機）を、熱物性測定装置Ａに組み込むことや同装置に接続することを要しない。その結果、比較的処理能力の低いプロセッサ（制御装置２１）により、試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出する処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来例における微小領域熱物性測定装置の概略構成図。
【図２】加熱光の照射強度分布及び検出光のスポットの像を表す図。
【図３】加熱光の照射位置と検出光の照射位置との相対距離に対する前記検出光の反射強度変化を表すグラフ。
【図４】本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａの概略構成図。
【図５】２種類の試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係をシミュレーションした結果を表すグラフ。
【図６】ある試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフ。
【図７】熱物性測定装置Ａにより試料の熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順を表すフローチャート。
【図８】熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１…加熱用レーザ光源
２…交流変調器
３、４、１４、２５…ハーフミラー
５…レンズ
６…試料載置台
７…試料
８…ドライバ
９…検出用レーザ光源
１０…光学フィルタ
１１…検出光測定器
１２…ロックインアンプ
１３…関数発生器
１５…光測定器
１６…モニタ
１７…音響光学変調器
１８ａ、１８ｂ…ビーム調整器
１９…ダイクロイックミラー
２０…ビームスプリッタ
２１…制御装置
２２…アクチュエータ
２３…フィルタ
２４…加熱光測定器
Ｓ１、Ｓ２、〜…処理手順（ステップ）の識別符号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対して加熱光を照射し、該加熱光により加熱された前記試料の温度変化を測定することにより前記試料の熱物性を測定する熱物性測定装置及び熱物性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の熱物性を測定する方法として、従来からレーザーフラッシュ法がしばしば用いられている。同方法では、所定の加熱光（レーザ光）を前記試料に照射したときの前記試料の温度変化を測定することにより、熱物性を測定する。また、前記試料の温度変化は前記試料表面における反射率の変化等として観測することが可能である。そこで、前記加熱光以外に前記試料に所定の検出光を照射し、前記試料により反射された前記検出光の強度を測定することにより前記反射率を、ひいては前記熱物性を測定することが可能であり、薄膜熱物性測定法（レーザー熱物性顕微鏡）として、金属、セラミック、半導体、ガラス等の種々の試料の測定に利用されている。
上記のような原理による熱物性の測定装置として、例えば特許文献１等に記載の装置が知られている。図１は特許文献１に記載の微小領域熱物性測定装置の概略構成図である。以下、図１を参照しつつ、特許文献１等の従来例に記載の微小領域熱物性測定装置について説明する。
【０００３】
図１に示される、従来例における微小領域熱物性測定装置Ｂは、加熱用レーザ光源１、交流変調器２、ハーフミラー３、４及び１４、レンズ５、試料載置台６、ドライバ８、検出用レーザ光源９、光学フィルタ１０、検出光測定器１１、ロックインアンプ１２、関数発生器１３、光測定器１５、モニタ１６等を有して概略構成される。
前記加熱用レーザ光源１から加熱光Ｅが照射される。前記加熱光Ｅは交流変調器２を通過する際に周期的に強度変調される。また、前記加熱光Ｅはハーフミラー３に反射され、前記ハーフミラー４を通過する。更に、前記加熱光Ｅはレンズ５により集光されつつ前記試料載置台６に載置される試料７の測定部に照射される。前記試料７の測定部は前記加熱光Ｅの照射により加熱される。
尚、前記加熱光Ｅは、前記試料７の測定部への照射時において広がりをもっている。また、前記加熱光Ｅの広がりは一様ではなくムラが生じているものであり、従って前記試料７の測定部には、図２に示されるように前記加熱光Ｅの照射強度分布が生じる。
尚、関数発生器１３はドライバ８に対して加熱光の強度変調信号を出力する。前記ドライバ８は、それに基づいて前記交流変調器２に信号を出力し、加熱光の強度を変調する。
尚、前記加熱光Ｅの一部は前記試料７により反射され、更に前記ハーフミラー４及び１４により反射され、光測定器１５に入射する。前記光測定器１５は、測定する光の波長帯を設定する波長設定機能を有している。該機能により、前記加熱光Ｅの波長に相当する波長帯が設定されている際に、前記光測定器１５は前記加熱光Ｅを測定する。尚、前記光測定器１５は複数配列されたのＣＣＤ等からなるものであり、測定位置に対する前記加熱光Ｅの強度変化、即ち前記加熱光Ｅの強度分布を測定することが可能である。また、ここで測定された強度分布は、前記試料７の測定部に照射された前記加熱光Ｅの照射強度分布と等価である。
【０００４】
一方、前記検出用レーザ光源９からは検出光Ｄが照射される。前記検出光Ｄは前記ハーフミラー３、４を透過して前記試料７に照射され、前記試料７の表面温度に応じた反射率で反射される。前記試料７により反射された前記検出光Ｄは前記ハーフミラー４により反射され、光学フィルタ１０を通過して検出光測定器１１により検出される。また、前記検出光Ｄは前記検出光測定器１１により検出され、その強度に応じた信号レベルの電気信号に変換され、前記ロックインアンプ１２に入力される。
前記ロックインアンプ１２は、前記関数発生器１３による強度変調信号を参照信号として用い、前記加熱光Ｅに対する前記検出光Ｄの位相（熱反射信号）を観測する。これにより、前記ロックインアンプ１２は前記試料７の熱物性を測定する。
このような従来の薄膜熱物性測定法によれば、試料の熱物性値として熱浸透率が得られる。
尚、前記試料７により反射された前記検出光Ｄの一部は前記ハーフミラー４により反射された後に前記ハーフミラー１４により反射され、前記光測定器１５に入射する。前記光測定器１５の有する上述の波長設定機能により、前記検出光Ｄの波長に相当する波長帯が設定されている際には、前記検出光Ｄを検出して前記試料７の測定部における像の位置を測定することが可能である。尚、前記検出光Ｄは、前記加熱光Ｅとは異なり前記レンズ５により十分集光され、図２に示されるように前記試料７の測定部において小さなスポットの像を得る。
【特許文献１】特開２０００―１２１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のように、光測定器１５により測定される加熱光Ｅには強度分布が生じている。この強度分布は試料７の測定部に照射されるときの照射強度分布と等価であり、前記試料７に生じる発熱は、前記照射強度分布及び熱拡散に基づいて位置毎にバラツキが生じる。即ち、図３に示されるように、前記加熱光Ｅの照射位置と検出光Ｄの照射位置とのズレに応じて、前記検出光測定器１１により測定される熱反射信号の強度が異なる。
従って、前記試料７の熱物性を評価する際（薄膜熱物性測定法による測定の際）には、例えば検出光Ｄの照射軸と前記加熱光Ｅの照射軸を合わせるなどして、前記試料７におけるそれらの照射位置の相対位置関係を一定に保つ（つまり、前記照射強度分布における特定の位置からの検出光の反射を測定する）ことにより、加熱光Ｅの照射強度分布に起因する測定値のバラツキを抑えることが、前記熱物性測定の高い再現性、信頼性を得る上で重要である。
そこで、上述の従来例では、図２に示されるように、前記光測定器１５による前記加熱光Ｅの照射強度分布の測定結果及び前記検出光Ｄの像を前記モニタ１６（図１参照）の表示部に表示させ、実験者が該表示部による表示を参照しつつ、光軸方向の調節を行うこと等により、前記照射位置の相対位置関係が調節されていた。
しかし、従来例のような手動での調節では、前記相対位置関係の精度を高く保つことができず、前記熱物性測定の再現性、信頼性を低下させるという問題点がある。
一方、熱拡散の影響を小さくするため、従来の薄膜熱物性測定法による測定では、図２に示すように、試料７における加熱光Ｅの照射径（照射スポットの大きさ）を検出光Ｄの照射径よりも十分大きく設定していた。
【０００６】
また、前記試料７に照射される前の前記加熱光Ｅは、交流変調器２（図１参照）により断続光に変換、即ち強度変調されるが、一般的な強度変調においては予め設定された設定周波数以外の高周波成分等が混入してしまう。上述のように、ロックインアンプ１２では、断続的な前記加熱光Ｅに対する前記検出光Ｄの応答性が測定される（つまり、上述の強度変調信号を参照信号として用いる）ため、前記設定周波数以外の高周波成分は熱物性測定の外乱となる。
また、前記高周波成分の強度は装置周辺温度などの環境要因に依存するものであるため、該環境要因の変化に対して測定結果が変動してしまい、やはり前記熱物性測定の再現性、信頼性を低下させるという問題点がある。
また、試料の熱特性を評価する際、熱物性値として、試料の熱伝導率と体積熱容量（単位体積当たりの熱容量）とを区別して得たい（特に、熱伝導率を得たい）場合が多いが、前述したように、従来の薄膜熱物性測定法によれば、試料の熱浸透率を測定できるものの、熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定できないという問題点があった。なお、熱伝導率ｋと体積熱容量Ｃvとの積の平方根が熱浸透率ｂであるという次の（１）式の関係がある。
ｂ ＝ （ｋ・Ｃv）1/2 …（１）
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加熱光Ｅと検出光Ｄとの相対位置関係の変動、環境要因変化に依存して生じる前記加熱光Ｅの高周波成分に基づく測定結果の変動を極力防止し、これにより前記熱物性測定の再現性、信頼性を高く保つことが可能であり、また、試料の熱伝導率や体積熱容量を測定可能な熱物性測定装置及び熱物性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光の光源、該測定部に検出光を照射する検出用の光源、前記測定部から反射した前記検出光を測定する検出器等を備えており、前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置と前記検出光の照射位置とを検出し、それらの検出結果に基づいて、両者の照射位置を予め定められた目標の位置関係となるように調節することを特徴とする熱物性測定装置として構成される。これにより、前記加熱光の照射位置と前記検出光の照射位置とが同じ相対位置関係になるように高精度で調節され、常時前記照射強度分布における特定の位置で反射された検出光を測定することが可能である。
また、前述のように前記加熱光は広がりを持って前記試料の測定部に入射するものであり、前記試料の測定部には前記加熱光の照射強度分布が生じる。従って、その照射強度分布を測定し、その結果に基づいて前記加熱光の照射位置を決定することが望ましい。例えば、前記照射強度分布における最強照射強度の位置を前記加熱光の照射位置とすればよい。また、前記照射強度分布において所定の照射強度以上の強度が得られる領域を判別し、該領域の幾何中心を前記照射位置としても良い。更に、各位置の照射強度をその位置に対する距離で重み付けした量の総和（照射強度のモーメント量）が最小になるような箇所を前記照射位置としても良い。
尚、図３のグラフは前記加熱光の前記照射強度分布がガウス分布状であることを示唆している。そこで、ガウス分布状の前記照射強度分布における最強照射強度位置と前記検出光との照射位置を略一致させるように相対位置の調節を行う場合、前記加熱光若しくは前記検出光の位置ズレに対する照射強度の変動が少なく、好適である。
【０００８】
ところで、本発明は前記試料の測定部に照射される前に、所定の設定周波数に基づいて断続光に変換（強度変調）された前記加熱光の強度を検出し、その検出結果に基づいて、前記強度変調における前記設定周波数以外の周波数成分を除去する熱物性測定装置として捉えたものであっても良い。これにより、装置周辺温度などの環境要因に依存して生じる前記設定周波数以外の周波数成分が除去され、これにより前記環境要因に対する測定結果の変動を防止することが可能である。
更に、上記構成に加えて前記加熱光の径を調節することが可能な構成（前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段）を有する例も考えられる。前記試料の測定部において最終的に生じる発熱は、前記加熱光の照射強度分布に加えて、前記試料による熱拡散に依存する。該熱拡散は前記試料に照射されるときの前記加熱光の径に比べて熱拡散長が大きいときに顕著となるものである。従って、前記加熱光の径を広げる調節を行うことにより、前記試料の発熱量の熱拡散による変動を防止することが可能となり、これにより前記熱物性測定の再現性、信頼性を一層高く保つことが可能である。
逆に、前記熱拡散の様子を評価したい場合などには、前記加熱光の径を小さくすることにより、意図的に前記熱拡散を顕著にする等の用い方も考えられる。
例えば、試料における前記検出光の照射径を固定した状態で、加熱光の照射径（照射領域）を小さくするほど、試料の熱拡散の影響により、試料から反射した検出光（反射検出光）の強度変化の位相遅れ（加熱光の強度変調の位相に対する遅れ）は小さくなる。その際、試料の熱伝導率が大きいほど、熱拡散の影響がより大きくなり、反射検出光の位相遅れがより小さくなる。
【０００９】
そこで、次の（１）〜（３）に示す各工程を有する熱物性測定方法、即ち、加熱光の径を調節可能として意図的に熱拡散の状態を変化させる測定方法により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができる。
（１）光源から出力された所定の加熱光を試料の測定部に照射する際のその試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節工程。
（２）前記加熱光照射径変更工程により各々異なる照射径に調節された前記加熱光が前記試料の測定部に照射された複数の加熱光照射状態各々において、光源から出力された所定の検出光を前記試料の測定部に照射し、これが反射した前記検出光の強度を所定の光強度測定手段を通じて測定する検出光強度測定工程。
（３）前記検出光強度測定工程の測定結果に基づいて前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を所定のプロセッサにより導出する熱物性導出工程。
例えば、前記熱物性導出工程において、前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記検出光強度測定工程における前記複数の加熱光照射状態各々について前記試料の熱伝導のシミュレーション計算を実施した結果とが整合するときのそのシミュレーション計算に用いた前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を導出すればよい。
【００１０】
ここで、前記熱物性導出工程の第１の具体例としては、次の（３−１）及び（３−２）に示す各工程を有するものが考えられる。
（３−１）前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の条件を設定して前記シミュレーション計算を所定のプロセッサにより実行するシミュレーション計算工程。
（３−２）前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記シミュレーション計算工程により得られたシミュレーション結果との整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第１の測定結果整合判別工程。
また、前記熱物性導出工程の第２の具体例としては、次の（３−３）に示す工程を有するものが考えられる。
（３−３）前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる複数の条件下での前記シミュレーション計算の結果と各条件における前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方とが対応付けられて所定の記憶手段に記憶されたシミュレーション結果情報と、の整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第２の測定結果整合判別工程。
この第２の測定結果整合判別工程によれば、有限要素法などにより前記シミュレーション計算を行うプロセッサ（計算機）と、薄膜熱物性測定法による熱物性測定装置に組み込む、或いは同測定装置に接続するプロセッサ（計算機）とを分けることができる。
また、以上に示した熱物性測定方法に用いる熱物性測定装置は、次の（１）〜（４）に示す構成要素を備えたものであれば好適である。
（１）所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段。
（２）前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段。
（３）前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段。
（４）前記加熱光が照射された前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、加熱光の照射位置と検出光の照射位置とを調節することにより、前記加熱光の照射強度分布に基づく測定結果の変動を防止することが可能である。また、前記加熱光を断続光に変換する際の設定周波数以外の周波数成分を除去することにより、装置周辺温度などの環境要因に依存する測定結果の変動を防止することが可能である。従って、前記試料の熱物性測定の再現性、信頼性を高く保つことが可能である。
また、加熱光の径を調節可能として意図的に熱拡散の状態を変化させる熱物性測定方法により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、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は従来例における微小領域熱物性測定装置の概略構成図、図２は加熱光の照射強度分布及び検出光のスポットの像を表す図、図３は加熱光の照射位置と検出光の照射位置との相対距離に対する前記検出光の反射強度変化を表すグラフ、図４は本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａの概略構成図、図５は２種類の試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係をシミュレーションした結果を表すグラフ、図６はある試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフ、図７は熱物性測定装置Ａにより試料の熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順を表すフローチャート、図８は熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順を表すフローチャートである。
【００１３】
以下、図４を参照しつつ、本発明の実施形態に係る熱物性測定装置について説明する。図４に示されるように、本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａは、加熱用レーザ光源１、レンズ５、試料載置台６、ドライバ８、検出用レーザ光源９、光学フィルタ１０、検出光測定器１１、ロックインアンプ１２、ハーフミラー１４及び２５、光測定器１５、音響光学変調器１７、ビーム調整器１８ａ、１８ｂ、制御装置２１、アクチュエータ２２、ダイクロイックミラー１９、ビームスプリッタ２０、フィルタ２３、加熱光測定器２４等を有して概略構成される。ここで、制御装置２１は、演算手段であるＣＰＵ（プロセッサ）と、そのＣＰＵによって実行される各種プログラムや測定データ等が記憶される記憶部と、光測定器１５やドライバ８等との間で信号を入出力するインターフェースとを備えた計算機である。以下に示す制御装置２１の処理は、そのＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。
前記加熱用レーザ光源１（加熱光照射手段の一例）から、例えば波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ等の加熱光Ｅが出射される。前記加熱用レーザ光源１より出射された前記加熱光Ｅは、前記音響光学変調器１７を通過する際に、周波数ｆで強度変調される。詳しくは、前記制御装置２１により生成された、強度変調情報を表す強度変調信号が前記ドライバ８に入力されており、該ドライバ８で前記音響光学変調器１７を制御することにより、前記加熱光Ｅは周波数ｆで強度変調される。
【００１４】
前記音響光学変調器１７を通過した前記加熱光Ｅは、一部が前記ハーフミラー２５により反射され、前記加熱光測定器２４に入射する。該加熱光測定器２４の機能については後述する。
前記加熱光Ｅの残り部分は前記ビーム調整器１８ａを通過する際にビームの広がり角が調節され、それに応じた広がり角で前記ダイクロイックミラー１９に入射し、反射される。尚、前記ビーム調整器１８ａは前記制御装置２１の制御に基づいて前記加熱光Ｅの前記試料上での径を調節するものであり、前記ビーム調整器１８ａ及び前記制御装置２１が加熱光照射径調節手段の一例である。前記ダイクロイックミラー１９により反射された前記加熱光Ｅは、前記ハーフミラー１４を通過し、前記レンズ５により集光されつつ前記試料載置台６上に載置されている試料７の測定部（測定対象の箇所）に照射される。前記加熱光Ｅの一部は前記試料７の測定部に吸収され、発熱を生じさせる。一方、前記加熱光Ｅの残り部分は前記試料７の測定部により反射され、更に前記レンズ５を通過して前記ハーフミラー１４に反射され、前記光測定器１５に入射する。
一方、前記検出用レーザ光源９（検出光照射手段の一例）からは、例えば波長６３５ｎｍの半導体レーザ等の検出光Ｄが出射される。前記検出光Ｄは、前記ビーム調整器１８ｂを通過する際にビームの広がり角が調節され、前記ビームスプリッタ２０に入射し、反射される。前記ビームスプリッタ２０により反射された前記検出光Ｄは前記ダイクロイックミラー１９、前記ハーフミラー１４を通過し、前記レンズ５により集光されつつ前記試料７に照射される。前記検出光Ｄは、前記加熱光Ｅの照射により変化する前記試料７の温度に応じた反射率（反射強度）で反射される。前記検出光Ｄの大部分は入射時と同じ光路を遡り、前記ダイクロイックミラー１９及び前記ビームスプリッタ２０を通過し、更に光学フィルタ１０を通過して、前記検出光Ｄを測定する前記検出光測定器１１に入射する。以下、便宜上、検出光測定器１１に入射する検出光Ｄ（試料７に反射した検出光Ｄを、反射検出光Ｄ’と称する。
前記検出光測定器１１は、反射検出光Ｄ’をその強度に応じた信号レベルの電気信号に変換（これにより、強度を測定する）し、前記フィルタ２３を介して前記ロックインアンプ１２に入力する。前記制御装置２１から前記ドライバ８に入力された前記強度変調信号は前記ロックインアンプ１２にも入力されており、前記ロックインアンプ１２は前記強度変調信号を参照信号として用いることで、前記加熱光Ｅに対する（加熱光Ｅの照射による）反射検出光Ｄ’の強度変化（熱反射信号）を測定し、その強度変化の位相遅れ（強度変調される加熱光Ｅの位相に対する遅れ）に基づいて前記試料７の熱物性を評価する。尚、前記検出光測定器１１及び前記ロックインアンプ１２が検出光強度測定手段の一例である。
一方、前記検出光Ｄの残り部分は前記ハーフミラー１４により反射され、前記光測定器１５に入射する。
以上は、従来例と同様である。
【００１５】
本発明の実施形態に係る熱物性評価装置Ａの特徴は以下の２つの機能にある。即ち、前記加熱光Ｅの照射位置（照射強度分布）及び前記検出光Ｄの照射位置を検出し、それらの照射位置を予め前記制御装置２１に設定されている目標位置関係となるように制御する第１の機能、及び前記音響光学変調器１７により断続光に変換された前記加熱光Ｅを検出し、その結果に基づいて前記設定周波数に相当する成分以外の成分を前記加熱光Ｅから除去する第２の機能である。
まず、前記第１の機能について以下に詳述する。
前述のように、前記試料７に反射された前記加熱光Ｅ、前記検出光Ｄの一部は前記ハーフミラー１４に反射され、前記光測定器１５に入射する。
前記光測定器１５は、測定する光の波長帯を設定する波長設定機能を有する。該機能により、前記加熱光Ｅの波長に相当する波長帯、前記検出光Ｄの波長に相当する波長帯を順次切り替えつつ両方の光を測定する。
【００１６】
前記光測定器１５は複数配列されたＣＣＤを有しており、測定位置に対する前記加熱光Ｅの強度変化を測定することが可能である、前記光測定器１５による前記加熱光Ｅの測定結果は前記制御装置２１に入力される。前述のように、前記加熱光Ｅは前記試料７の測定部上で照射強度分布を有するものであり、前記制御装置２１は前記光測定器１５による測定結果に基づいて前記照射強度分布を測定する。また、前記制御装置２１は、測定された前記照射強度分布に基づいて、該照射強度分布における最高照射強度位置を照射位置として測定する。前記光測定器１５及び前記制御装置２１が加熱光照射位置測定手段の一例である。
また、前記光測定器１５は前記検出光Ｄを測定する。また、その測定結果を前記制御装置２１に入力する。前記検出光Ｄは前記試料７の測定部において十分に集光され、小さなスポット径が得られている。前記制御装置２１は、前記検出光Ｄのスポットの中心位置（例えば、所定閾値以上の強度が得られている領域の幾何中心）を前記光測定器１５から入力された測定結果に基づいて判別し、それを前記検出光Ｄの照射位置として測定する。前記光測定器１５及び前記制御装置２１が検出光照射位置測定手段の一例である。
【００１７】
このように、前記制御装置２１は、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置（加熱光照射位置測定手段による測定結果）と前記検出光Ｄの照射位置（検出光照射位置測定手段による測定結果）とを測定する。また、前記制御装置２１（相対位置関係調節手段の一例）は、それらの測定結果に基づいて、以下のように前記試料７の測定部における前記検出光Ｄの照射位置と、前記試料７の測定部における前記加熱光Ｅの照射位置との相対位置関係を調節する。
前記制御装置２１（相対位置関係調節手段の一例）には、両者の照射位置の目標となる位置関係の情報が予め入力され記憶されている。該位置関係の情報は、上述のように検出された最高照射強度位置と、前記検出光Ｄの照射位置とを略一致させる規則を定めたものであり、前記制御装置２１は該規則に基づいて、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置（照射位置）を調節する。
具体的な前記加熱光Ｅの照射位置の調節方法は、以下のようなものである。前記試料７の測定部に向けて前記加熱光Ｅを反射させる前記ダイクロイックミラー１９は、前記アクチュエータ２２の駆動軸に連結されている。該アクチュエータ２２の駆動に伴って反射面（前記加熱光Ｅが入射する側の面）の向きが変更（調節）され、これにより前記検出光Ｅの照射方向を変化させることが可能である。
前記制御装置２１は、前記加熱光Ｅの現在の照射位置（最高照射強度位置）と、前記検出光Ｄの現在の照射位置とから、前記加熱光Ｅの照射位置（最高照射強度位置）と前記検出光Ｄの照射位置とが一致するような前記加熱光Ｅの照射位置の変位量を計算する。また、前記制御装置２１は、該変位量を前記アクチュエータ２２の駆動量に換算する。更に、前記制御装置２１は、該駆動量に基づいて前記アクチュエータ２２の駆動制御を行い、これにより前記加熱光Ｅの照射位置（最高照射強度位置）と前記検出光Ｄの照射位置とを一致させる。
以上のように、前記制御装置２１が前記アクチュエータ２２の駆動制御を行うことにより、前記加熱光Ｅの最高照射強度位置と検出光Ｄの照射位置とが略一致するように調節されるので、前記加熱光Ｅと前記検出光Ｄとの位置ズレ等により生じる測定結果の変動を防止することが可能である。
【００１８】
以下、前記第２の機能について詳述する。
前述のように、前記加熱光Ｅは、前記音響光学変調器１７により断続光に変換される。また、断続光に変換された前記加熱光Ｅの一部は、前記試料７における測定部に入射する前に前記ハーフミラー２５により反射され、前記加熱光測定器２４（加熱光強度測定手段の一例）に入射し、その強度が検出される。即ち、前記加熱光測定器２４は、前記加熱光Ｅをその強度に応じた信号レベルの電気信号に変換し、その信号を前記制御装置２１に入力する。
また、前記制御装置２１は、前記電信号（加熱光強度測定手段による検出結果）から前記加熱光Ｅの強度を読み取り、その強度を時系列で記憶して、予め定められた一定期間の時間変化（以下、強度変調情報）を観測する。更に、前記制御装置２１は前記強度変調情報に対して周波数分解を施し、前記強度変調情報を前記設定周波数（前記加熱光Ｅを断続光に変換する周波数）成分とそれ以外の歪波成分（設定周波数をｆとすると、２ｆ、３ｆ等の高周波成分）とに分解する。
さらに、前記制御装置２１は、そのように取得された前記歪波成分の大きさに基づいて、前記歪波成分を低減（除去）するように前記強度変調信号（前記音響光学変調器１７を駆動するドライバ８に入力される（制御装置２１がドライバ８に出力する）信号）の波形を調節する。尚、前記歪波成分の大きさと前記強度変調信号の波形調節の度合いとの対応関係として、予め実験などに基づいて定められた適切な対応関係が前記制御装置２１の有する記憶部に記憶されているものとする。前記制御装置２１及び前記ドライバ８が加熱高周波数調節手段の一例である。
以上のように、前記加熱光Ｅを断続光に変換する際の、前記設定周波数以外の高周波数成分を除去することにより、装置周辺温度などの環境要因に依存する測定結果の変動を防止することが可能である。
【実施例】
【００１９】
上述の実施形態においては、加熱光Ｅの照射強度分布において最高照射強度位置が前記加熱光Ｅの照射位置であると定められたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、前記照射強度分布において予め定められた照射強度以上の強度が得られる領域を判別し、該領域の幾何中心を前記照射位置としても良い。更に、各位置に対する照射強度をその位置に対する距離で重み付けした量の総和（照射強度のモーメント量）が最小になるような箇所を前記照射位置としても良い。
尚、上述の実施例のように前記加熱光Ｅの照射位置を変化させる代わりに、前記検出光Ｄの照射位置を変化させてもよい。しかし、前記検出光Ｄが試料７の測定部において反射された反射光を測定する必要があるため、前記検出光Ｄの前記照射位置の変化に応じて検出光測定器１１等を変位させる必要があることに注意を要する。
【００２０】
次に、図５に示すグラフを参照しつつ、試料７における加熱光Ｅの照射径と試料の熱物性との関係をシミュレーションした結果について説明する。
図５は、２種類の試料α及び試料βについて、加熱光Ｅの照射径Ｒｅ（横軸）と、試料α、βに対する加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の位相の変化量を表す位相遅れθ（縦軸）との関係をシミュレーションした結果を表すグラフである。ここで、反射検出光Ｄ’の位相遅れθは、試料の熱伝導を数値解析（シミュレーション）して得た計算値である。なお、横軸は対数軸となっている。また、反射検出光Ｄ’の位相遅れθは、強度変調される加熱光Ｅの位相に対する反射検出光Ｄ’の変動の位相遅れである。
ここで、試料α及び試料βは、それぞれ熱浸透率は同じであるが、熱伝導率と体積熱容量とが異なる物質である。
具体的には、試料βは、試料αに対して熱伝導率が１／４倍であり、体積熱容量が４倍である。
これら２種類の試料α、試料β各々について、以下の設定条件の下で試料における検出光Ｄの照射部の熱伝導を数値解析（シミュレーション）し、検出光Ｄの位相遅れθの計算値を求めた。
（条件１）試料における検出光Ｄの照射部に、厚さ０．１μｍのモリブデン膜が塗布されている。
（条件２）加熱光Ｅの強度変調周期（断続周期）は１［ＭＨｚ］。
（条件３）試料における加熱光Ｅの照射強度が最大の位置と検出光Ｄの照射位置（照射中心）とが一致。
（条件４）試料における検出光Ｄの照射径は１［μｍ］。
（条件５）試料における加熱光Ｅの照射径Ｒｅを異なる５種類に設定。
なお、モリブデン膜は、熱浸透率の比較対象材となる膜として塗布されるものであり、熱物性測定装置Ａによる実際の測定の際にも、検出光Ｄを効率的に反射させるために試料７に塗布されるものである。また、検出光Ｄの照射径は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅに対して無視できる程度に十分に小さい径としている。
【００２１】
以下、図５に示すグラフから読み取れる事項について説明する。
まず、試料α、βにおける検出光Ｄの照射径に対して加熱光Ｅの照射径Ｒｅが十分に大きい状態（図５におけるＲｅ＝１００μｍの状態）では、試料α及び試料βそれぞれにおける位相遅れθはほぼ等しい、ということが読み取れる。即ち、従来の薄膜熱物性測定法による熱物性測定方法、即ち、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを検出光Ｄの照射径に対して十分に大きな径に固定して測定する方法では、試料αと試料βの熱物性の違いを区別できない。
また、試料α、βにおける検出光Ｄの照射径を固定した状態で、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを変化させると、照射径Ｒｅを小さくするほど位相遅れθは小さくなる、ということが読み取れる。これは、照射径Ｒｅが小さいほど、検出光Ｄの照射部における熱拡散の影響により、加熱光Ｅの照射による検出光Ｄの照射部の温度変化が小さくなるためである。
さらに、熱伝導率の大きい試料αの方が、照射径Ｒｅの変化に対する位相遅れθの変化量が大きい、ということが読み取れる。これは、試料の熱伝導率が大きいほど、検出光Ｄの照射部における熱拡散の影響が大きくなり、加熱光Ｅの照射による検出光Ｄの照射部の温度変化がより小さくなるためである。
そして、以上に示した事項から、前記熱物性測定装置Ａにより、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを変更し、意図的に熱拡散の状態を各々異なる複数の状態にして反射検出光Ｄ’の測定を行えば、試料の熱伝導率と体積熱容量とを区別して測定することができることがわかる。
【００２２】
図６は、熱伝導率及び体積熱容量が既知のある試料γ（シリコン）における加熱光Ｅの照射径Ｒｅ（横軸）と反射検出光Ｄ’の位相遅れθ（縦軸）との関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフである。
図６のグラフにおいて正方形の印でプロットした点は、試料γを熱物性測定装置Ａにより測定した測定値（加熱光Ｅの強度変調の位相に対する反射検出光Ｄ’の強度変化の位相の遅れθ）を表し、黒丸印でプロットした点は、試料γの測定部における熱伝導を有限要素法によりシミュレーション計算して得た計算値（反射検出光Ｄ’の位相遅れθのシミュレーション値）を表す。
ここで、熱物性測定装置Ａによる試料γの測定は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを異なる２種類に設定して行った。
また、シミュレーション計算に必要な熱伝導率及び体積熱容量は、試料γについての既知の値（真の値）を設定した。また、シミュレーション計算に必要なその他の前提条件値、即ち、前述した（条件１）〜（条件４）に相当する条件や、加熱光Ｅの照射径Ｒｅ、加熱光Ｅの強度等は、熱物性測定装置Ａによる測定条件（装置を構成する各機器の仕様や制御装置２１による各機器の調整結果等）から予め知ることができる値を設定した。
【００２３】
図６からわかるように、試料γの熱伝導率及び体積熱容量と、その他の予め知ることができる測定条件とを設定して熱伝導のシミュレーション計算を行うと、その計算値（シミュレーション値）と測定値とが合致する。
このことから、試行錯誤的に決定した熱伝導率及び体積熱容量と、熱物性測定装置Ａによる測定条件（予め知ることができる測定条件）とを設定して熱伝導のシミュレーション計算を行い、その計算値と測定値とが合致（整合）すれば、そのシミュレーション計算において設定した熱伝導率及び体積熱容量が、測定対象となった試料の熱伝導率及び体積熱容量であるといえる。即ち、未知数が熱伝導率及び体積熱容量の２つであるので、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる複数の値（２種類以上の値）に設定して測定及びシミュレーション計算を行えば、その未知数（試料の熱伝導率及び体積熱容量）を個別に導出することができる。
ここで、理論上は、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる２種類に設定すれば、試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出できる。
一方、各種の誤差を考慮し、加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、位相遅れθが比較的大きく変化するような異なる３種類以上の値に設定して測定及びシミュレーション計算を行うことも考えられる。この場合、例えば、それら３つ以上の測定値及び計算値の相互間の平均的な偏差（誤差）が最小となる、或いは所定の許容誤差範囲内となる等の条件に合致した場合に、測定値と計算値とが合致したものと判定すればよい。
【００２４】
次に、図７に示すフローチャートを参照しつつ、熱物性測定装置Ａにより試料の熱物性値として熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順について説明する。なお、Ｓ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号である。
［ステップＳ１、Ｓ２］
まず、例えば制御装置２１が検出用レーザ光源９を動作させることにより、検出光Ｄが試料７に照射され、そのときの検出光Ｄの反射光の強度分布が、光測定器１５により測定される（Ｓ１）。このとき、制御装置２１により、ビーム調整器１８ｂが所定の初期状態に設定される。さらに、制御装置２１により、検出光Ｄの反射光の波長帯が測定されるよう、光測定器１５の波長設定機能が制御される。これにより、検出光Ｄの反射光の強度分布（光強度及び座標）が、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
次に、例えば制御装置２１が加熱用レーザ光源１及び音響光学変調器１７を動作させることにより、強度変調された加熱光Ｅが試料７に照射され、そのときの加熱光Ｅの強度の時系列データが、加熱光測定器２４により測定されるとともに、加熱光Ｅの反射光の強度分布が、光測定器１５により測定される（Ｓ２）。このとき、制御装置２１により、ビーム調整器１８ａが所定の初期状態に設定される。さらに、制御装置２１により、加熱光Ｅの波長帯が測定されるよう、光測定器１５の波長設定機能が制御される。これにより、加熱光Ｅの強度の時系列データと、加熱光Ｅの反射光の強度分布（光強度及び座標）とが、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
【００２５】
［ステップＳ３、Ｓ４］
次に、制御装置２１により、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの時系列データに基づく周波数分解により、前述したように、以後の測定において制御装置２１からドライバ８に出力される前記強度変調信号の波形調節が行われる（Ｓ３）。
さらに、制御装置２１により、ステップＳ１で得られた検出光Ｄの反射光の強度分布データに基づいて、試料７における検出光Ｄの照射径（スポット径）が求められるとともに、その照射径が、予め定められた照射径となるように、ビーム調整器１８ｂが調整される（Ｓ４）。併せて、制御装置２１により、ステップＳ１で得られた検出光Ｄの反射光の強度分布データと、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの反射光の強度分布データとに基づいて、加熱光Ｅ及び検出光Ｄの試料７における照射位置が特定され、前述したように、それらの照射位置が、予め定められた位置関係（例えば、加熱光Ｅの最高照射強度位置と検出光Ｄの照射位置とがほぼ一致する位置関係）となるように、アクチュエータ２２が制御される（Ｓ４）。
以上のステップＳ１〜Ｓ４に示す処理により、熱物性測定装置Ａの校正が終了し、次のステップＳ５〜Ｓ１０の処理により、試料７の測定が行われる。
【００２６】
［ステップＳ５〜Ｓ１０］
試料７の測定段階においては、ｎ回（ｎ≧２）の測定が行われ、その測定ごとに、試料７における加熱光Ｅの照射径Ｒｅが異なる径となるように設定される。以下、予め定められたｉ回目（ｉ＝１〜ｎ）の測定における加熱光Ｅの照射径Ｒｅを、第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)という。
試料７の測定段階においては、まず、制御装置２１により、所定のカウンタ変数ｉが初期値（＝１）に設定される（Ｓ５）。
続けて、制御装置２１により、ステップＳ２で得られた加熱光Ｅの反射光の強度分布データから求められる試料７における加熱光Ｅの照射径に基づいて、その照射径が第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)となるように、ビーム調整器１８ｂが調整される（Ｓ６、加熱光照射径調節工程の一例）。
次に、例えば制御装置２１が検出用レーザ光源９、加熱用レーザ光源１及び音響光学変調器１７を動作させることにより、検出光Ｄと、強度変調された加熱光Ｅとが試料７に照射され、検出光測定器１１により、第ｉ回目の反射検出光Ｄ’の測定、即ち、第ｉ回目照射径Ｒｅ(ｉ)に調整された加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の強度変化の測定が行われる（Ｓ７）。これにより、第ｉ回目の反射検出光Ｄ’の測定データが、制御装置２１に取り込まれ、その記憶部に記憶される。
以後、１回の測定ごとに、制御装置２１により、カウンタ変数ｉが既定回数ｎとなる（ｉ＝ｎ）という終了条件が成立したか否かが判別され（Ｓ８）、その終了条件が成立するまで、カウンタ変数ｉがカウントアップされる（Ｓ９）ごとに、ステップＳ６及びＳ７の処理が実行される。
【００２７】
このように、ステップＳ６の処理によって各々異なる照射径Ｒｅ(ｉ)に調節された加熱光Ｅが試料７の測定部に照射された複数の状態（加熱光照射状態）各々において、検出光レーザ光源９から出力された検出光Ｄが、試料７の測定部に照射され、これが反射した反射検出光Ｄ’の強度が、検出光測定器１１（光強度測定手段の一例）を通じて測定される（Ｓ７、検出光強度測定工程の一例）。
これにより、第１回目から第ｎ回目までの反射検出光Ｄ’の測定データ（加熱光Ｅの照射強度の時系列データ及び反射検出光Ｄ’の強度変化の時系列データ）が、制御装置２１の記憶部に記憶される。
最後に、制御装置２１により、ステップＳ５〜Ｓ９の処理により得られたｎ回分の反射検出光Ｄ’の測定データに基づいて、試料７の熱伝導率及び体積熱容量が導出され（Ｓ１０、熱物性導出工程の一例）、測定が終了する。
【００２８】
続いて、図８に示すフローチャートを参照しつつ、ステップＳ１０における熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順（Ｓ２１〜Ｓ２６）について説明する。
［ステップＳ２１、Ｓ２２］
まず、制御装置２１により、ステップＳ５〜Ｓ９の処理により得られたｎ回分の反射検出光Ｄ’及び加熱光Ｅの測定データから図５に示した反射検出光Ｄ’の位相遅れθが算出される（Ｓ２１）。このステップＳ２１で得られる第ｉ回目の測定データに基づく位相遅れを、以下、位相遅れ測定値θｘ(ｉ)と称する。なお、ステップＳ７での測定時に、反射検出光Ｄ’及び加熱光Ｅの測定データから位相遅れ測定値θｘ(ｉ)を算出して記憶しておいてもよい。
さらに、制御装置２１により、シミュレーション計算の入力として用いられる試料７の熱伝導率と体積熱容量とが、所定の初期値に設定される（Ｓ２２）。
この初期値は、例えば以下のようにして決定する。
まず、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最大のときの測定値（位相遅れ測定値θｘ(１)の大きさ）に応じて、試料の浸透率の初期値ｂ0を決定する。この決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。通常、照射径Ｒｅが最大のときの測定値が大きい（反射検出光D’の変化が大きい）ほど、試料の熱浸透率は小さい。
次に、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最小のときと最大のときとの測定値の差（θｘ(１)−θｘ(ｎ)）に応じて、試料の熱拡散率α0を決定する。この決定も、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。
さらに、次の（２．１）式、及び（２．２）式に基づいて体積熱容量の初期値Ｃv0及び熱伝導率の初期値ｋ0を決定する。
Ｃv0 ＝ ｂ0／α01/2 …（２．１）
ｋ0 ＝ α0・Ｃv0 …（２．２）
【００２９】
［ステップＳ２３、Ｓ２４］
次に、制御装置２１により、第１回目〜第ｎ回目までの加熱光Ｅの照射状態（ステップＳ７において照射径Ｒｅ(ｉ)の加熱光Ｅが照射された状態）各々について、その時点で設定されている試料７の熱伝導率及び体積熱容量を前提条件とし、試料７の測定部における熱伝導を有限要素法等によってシミュレーション計算が行われる（Ｓ２３、シミュレーション計算工程）。これにより、第１回目〜第ｎ回目までの加熱光Ｅの照射状態各々について、加熱光Ｅの照射による反射検出光Ｄ’の位相遅れの計算値（以下、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)と称する）が、シミュレーション結果として算出され、制御装置２１の記憶部に記憶される。
続けて、制御装置２１により、ステップＳ２３のシミュレーション計算により得られた位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と、ステップＳ７の測定により得られた位相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが、所定の誤差範囲内で合致するか否かが判別される（Ｓ２４）。このステップＳ２４は、ステップＳ７の測定処理による測定結果と、ステップＳ２３のシミュレーション計算によるシミュレーション結果との整合を判別する処理を、制御装置２１により実行する第１の測定結果整合判別工程の一例である。
【００３０】
［ステップＳ２５］
ステップＳ２４の判別処理において、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致しない（整合しない）場合、制御装置２１により、次のシミュレーション計算の入力として用いられる試料７の熱伝導率と体積熱容量とが、その時点で設定されている値から別の値に変更（再設定）され（Ｓ２５）、その後、前述した処理がステップＳ２３へ戻される。これにより、新たに設定された試料７の熱伝導率と体積熱容量とを前提条件として、シミュレーション計算（Ｓ２３）が再実行される。
ここで、新たに設定する試料７の熱伝導率及び体積熱容量は、例えば、以下のようにして決定する。
まず、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最大のときの測定値と計算値（シミュレーション計算結果）との差Δθa（＝θｓ(１)−θｘ(１)）に応じて、その時点で設定されている試料の浸透率の値ｂjに加算する加算値Δｂを決定し、ｂj＋Δｂを新たな浸透率ｂj+1とする。Δｂの決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。通常、Δθaが大きいほど、Δｂは小さい。
次に、加熱光Ｅの照射径Ｒｅが最小のときと最大のときとの計算値の差と、同測定値の差との間の差Δθb｛＝（θｓ(１)−θｓ(ｎ)）−（θｘ(１)−θｘ(ｎ)）｝に応じて、その時点で設定されている試料の熱拡散率の値αjに加算する加算値Δαを決定し、αj＋Δαを新たな熱伝導率αj+1とする。Δαの決定は、例えば、予め定められた換算テーブルや換算式に従って行う。
さらに、前述の（２．１）式、（２．２）式を変形した次の（３．１）式、（３．２）式に基づいて新たな体積熱容量の値Ｃvj+1及び熱伝導率の値ｋj+1を決定する。
Ｃvj+1 ＝ ｂj+1／αj+11/2 …（３．１）
ｋj+1 ＝ αj+1・Ｃj+1 …（３．２）
このように、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致するまで、以上に示したステップＳ２３〜Ｓ２５の処理が繰り返される。
そして、位相遅れ計算値θｓ(ｉ)各々と相遅れ測定値θｘ(ｉ)各々とが所定の誤差範囲内で合致（整合）すると、制御装置２１により、その位相遅れ計算値θｓ(ｉ)を算出するシミュレーション計算に用いた試料の熱伝導率及び体積熱容量の設定値が、測定した試料７の熱物性値（熱伝導率及び体積熱容量の測定結果）として決定（導出）され、記憶部に記憶される。以上により、ステップＳ１０における熱伝導率及び体積熱容量の導出処理が終了する。
なお、必要に応じて、熱伝導率又は体積熱容量の一方のみを記憶部に記憶させる（導出する）ことも考えられるが、その場合でも、内部的には、処理過程において熱伝導率及び体積熱容量の両方が特定される。
【００３１】
以上に示した実施例は、熱物性測定装置Ａを構成する制御装置２１により、試料の熱伝導率と体積熱容量とを導出（Ｓ９）する際に、熱伝導のシミュレーション計算が実行される例について示したが、以下に示す他の実施例（ステップＳ２１〜Ｓ２６の処理に代わる実施例）も考えられる。
まず、所定の計算機により、ステップＳ７における加熱光Ｅの複数の照射状態（第１回〜第ｎ回）各々について、試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる多数の条件下で、試料の熱伝導のシミュレーション計算を予め実行し、その計算結果（例えば、位相遅れθｓ(ｉ)）と各条件（シミュレーション条件）における試料の熱伝導率及び体積熱容量とを予め制御装置２１の記憶部に記憶させておく。以下、この記憶情報を、シミュレーション結果情報と称する。
そして、ステップＳ９において、制御装置２１（プロセッサの一例）により、前記シミュレーション結果情報を参照し、測定値に最も近い（差が小さい）計算値及びその計算値に対応する熱伝導率及び体積熱容量の組合せを特定する。これは、試料の測定結果と前記シミュレーション結果情報との整合を判別する処理の一例である（第２の測定結果整合判別工程の一例）。
ここで、前記シミュレーション結果情報に含まれる試料の熱伝導率及び体積熱容量の分解能（各値の差）が、要求される測定精度を満たす程度の分解能であれば、測定値に最も近い計算値に対応する熱伝導率及び体積熱容量を、測定した試料の熱伝導率及び体積熱容量として導出すればよい。
一方、前記シミュレーション結果情報に含まれる試料の熱伝導率及び体積熱容量の分解能が、要求される測定精度に満たない分解能でる場合は、測定値に最も近い計算値と、２番目に近い計算値とに基づく所定の補間計算や外挿計算を行うことにより、測定した試料の熱伝導率及び体積熱容量を算出（導出）すればよい。
このような処理によって試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出すれば、有限要素法などによりシミュレーション計算を行う高度なプロセッサ（計算機）を、熱物性測定装置Ａに組み込むことや同装置に接続することを要しない。その結果、比較的処理能力の低いプロセッサ（制御装置２１）により、試料の熱伝導率及び体積熱容量を導出する処理を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来例における微小領域熱物性測定装置の概略構成図。
【図２】加熱光の照射強度分布及び検出光のスポットの像を表す図。
【図３】加熱光の照射位置と検出光の照射位置との相対距離に対する前記検出光の反射強度変化を表すグラフ。
【図４】本発明の実施形態に係る熱物性測定装置Ａの概略構成図。
【図５】２種類の試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係をシミュレーションした結果を表すグラフ。
【図６】ある試料について加熱光の照射径と試料に反射した検出光の位相遅れとの関係を表すシミュレーション値及び測定値のグラフ。
【図７】熱物性測定装置Ａにより試料の熱伝導率及び体積熱容量を測定する手順を表すフローチャート。
【図８】熱伝導率及び体積熱容量の導出処理の詳細手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１…加熱用レーザ光源
２…交流変調器
３、４、１４、２５…ハーフミラー
５…レンズ
６…試料載置台
７…試料
８…ドライバ
９…検出用レーザ光源
１０…光学フィルタ
１１…検出光測定器
１２…ロックインアンプ
１３…関数発生器
１５…光測定器
１６…モニタ
１７…音響光学変調器
１８ａ、１８ｂ…ビーム調整器
１９…ダイクロイックミラー
２０…ビームスプリッタ
２１…制御装置
２２…アクチュエータ
２３…フィルタ
２４…加熱光測定器
Ｓ１、Ｓ２、〜…処理手順（ステップ）の識別符号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の強度分布を有する加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段と、を備えた熱物性測定装置であって、
前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置を測定する加熱光照射位置測定手段と、
前記試料の測定部における前記検出光の照射位置を測定する検出光照射位置測定手段と、
前記加熱光照射位置測定手段及び前記検出光照射位置測定手段の両測定結果に基づいて、前記試料の測定部における前記検出光の照射位置と、前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置との相対位置関係を予め定められた目標の位置関係となるように調節する相対位置関係調節手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項２】
前記加熱光照射位置測定手段が、前記試料の測定部における前記加熱光の照射強度分布に基づいて前記加熱光の照射位置を測定するものである請求項１に記載の熱物性測定装置。
【請求項３】
前記加熱光照射位置測定手段が、前記試料の測定部における前記加熱光の照射強度分布における最高照射強度位置を照射位置として測定するものである請求項２に記載の熱物性測定装置。
【請求項４】
前記相対位置関係調節手段が、前記加熱光の前記試料における最高照射強度位置と前記検出光の前記試料における照射位置とを略一致させるように前記相対位置関係を調節するものである請求項３に記載の熱物性測定装置。
【請求項５】
所定の設定周波数に従って強度変調した加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、前記試料から反射した前記検出光の強度を測定する検出光測定手段と、を備えた熱物性測定装置であって、
前記試料の測定部に照射される前の前記加熱光の強度を検出する加熱光強度検出手段と、
前記加熱光強度検出手段による検出結果に基づいて、前記設定周波数以外の強度変調における周波数成分を除去する強度調節を行う加熱光周波数調節手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項６】
前記加熱光照射手段により照射された前記加熱光の，前記試料上の照射径を調節する加熱光照射径調節手段を具備してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項７】
光源から出力された所定の加熱光を試料の測定部に照射する際の該試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節工程と、
前記加熱光照射径変更工程により各々異なる照射径に調節された前記加熱光が前記試料の測定部に照射された複数の加熱光照射状態各々において、光源から出力された所定の検出光を前記試料の測定部に照射し、これが反射した前記検出光の強度を所定の光強度測定手段を通じて測定する検出光強度測定工程と、
前記検出光強度測定工程の測定結果に基づいて前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を所定のプロセッサにより導出する熱物性導出工程と、
を有してなることを特徴とする熱物性測定方法。
【請求項８】
前記熱物性導出工程において、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記検出光強度測定工程における前記複数の加熱光照射状態各々について前記試料の熱伝導をシミュレーション計算した結果とが整合するときの該シミュレーション計算に用いた前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を導出してなる請求項７に記載の熱物性測定方法。
【請求項９】
前記熱物性導出工程が、
前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の条件を設定して前記シミュレーション計算を所定のプロセッサにより実行するシミュレーション計算工程と、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記シミュレーション計算工程により得られたシミュレーション結果との整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第１の測定結果整合判別工程と、
を有してなる請求項８に記載の熱物性測定方法。
【請求項１０】
前記熱物性導出工程が、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる複数の条件下での前記シミュレーション計算の結果と各条件における前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方とが対応付けられて所定の記憶手段に記憶されたシミュレーション結果情報と、の整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第２の測定結果整合判別工程を有してなる請求項８に記載の熱物性測定方法。
【請求項１１】
所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、
前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段と、
前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、
前記加熱光が照射された前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項１】
所定の強度分布を有する加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段と、を備えた熱物性測定装置であって、
前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置を測定する加熱光照射位置測定手段と、
前記試料の測定部における前記検出光の照射位置を測定する検出光照射位置測定手段と、
前記加熱光照射位置測定手段及び前記検出光照射位置測定手段の両測定結果に基づいて、前記試料の測定部における前記検出光の照射位置と、前記試料の測定部における前記加熱光の照射位置との相対位置関係を予め定められた目標の位置関係となるように調節する相対位置関係調節手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項２】
前記加熱光照射位置測定手段が、前記試料の測定部における前記加熱光の照射強度分布に基づいて前記加熱光の照射位置を測定するものである請求項１に記載の熱物性測定装置。
【請求項３】
前記加熱光照射位置測定手段が、前記試料の測定部における前記加熱光の照射強度分布における最高照射強度位置を照射位置として測定するものである請求項２に記載の熱物性測定装置。
【請求項４】
前記相対位置関係調節手段が、前記加熱光の前記試料における最高照射強度位置と前記検出光の前記試料における照射位置とを略一致させるように前記相対位置関係を調節するものである請求項３に記載の熱物性測定装置。
【請求項５】
所定の設定周波数に従って強度変調した加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、前記試料から反射した前記検出光の強度を測定する検出光測定手段と、を備えた熱物性測定装置であって、
前記試料の測定部に照射される前の前記加熱光の強度を検出する加熱光強度検出手段と、
前記加熱光強度検出手段による検出結果に基づいて、前記設定周波数以外の強度変調における周波数成分を除去する強度調節を行う加熱光周波数調節手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【請求項６】
前記加熱光照射手段により照射された前記加熱光の，前記試料上の照射径を調節する加熱光照射径調節手段を具備してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱物性測定装置。
【請求項７】
光源から出力された所定の加熱光を試料の測定部に照射する際の該試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節工程と、
前記加熱光照射径変更工程により各々異なる照射径に調節された前記加熱光が前記試料の測定部に照射された複数の加熱光照射状態各々において、光源から出力された所定の検出光を前記試料の測定部に照射し、これが反射した前記検出光の強度を所定の光強度測定手段を通じて測定する検出光強度測定工程と、
前記検出光強度測定工程の測定結果に基づいて前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を所定のプロセッサにより導出する熱物性導出工程と、
を有してなることを特徴とする熱物性測定方法。
【請求項８】
前記熱物性導出工程において、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記検出光強度測定工程における前記複数の加熱光照射状態各々について前記試料の熱伝導をシミュレーション計算した結果とが整合するときの該シミュレーション計算に用いた前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方を導出してなる請求項７に記載の熱物性測定方法。
【請求項９】
前記熱物性導出工程が、
前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の条件を設定して前記シミュレーション計算を所定のプロセッサにより実行するシミュレーション計算工程と、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記シミュレーション計算工程により得られたシミュレーション結果との整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第１の測定結果整合判別工程と、
を有してなる請求項８に記載の熱物性測定方法。
【請求項１０】
前記熱物性導出工程が、
前記検出光強度測定工程の測定結果と、前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の組合せが異なる複数の条件下での前記シミュレーション計算の結果と各条件における前記試料の熱伝導率及び体積熱容量の一方若しくは両方とが対応付けられて所定の記憶手段に記憶されたシミュレーション結果情報と、の整合を判別する処理を所定のプロセッサにより実行する第２の測定結果整合判別工程を有してなる請求項８に記載の熱物性測定方法。
【請求項１１】
所定の加熱光を試料の測定部に照射する加熱光照射手段と、
前記試料の測定部における前記加熱光の照射径を調節する加熱光照射径調節手段と、
前記試料の測定部に所定の検出光を照射する検出光照射手段と、
前記加熱光が照射された前記試料の測定部から反射した前記検出光の強度を測定する検出光強度測定手段と、
を具備してなることを特徴とする熱物性測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３４３３２５（Ｐ２００６−３４３３２５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３２４７６（Ｐ２００６−１３２４７６）
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
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