被検体損傷分析装置
【課題】被検体としての光学部品に対するレーザ耐力を非破壊で定量的に測定することができ、損傷メカニズムについても高精度に分析する。
【解決手段】光源１１により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離するビームスプリッタ１３と、分離したポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整部１５と、ポンプ光に対するプローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する第１の偏光素子３６と、ポンプ光及びプローブ光を被検体２に照射する照射光学系と、プローブ光が被検体２から反射したプローブ信号を検出する受光素子３１と、受光素子３１により検出されたプローブ信号に基づいて被検体２からの反射率を解析するＰＣ３３とを備え、反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別する。
【解決手段】光源１１により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離するビームスプリッタ１３と、分離したポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整部１５と、ポンプ光に対するプローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する第１の偏光素子３６と、ポンプ光及びプローブ光を被検体２に照射する照射光学系と、プローブ光が被検体２から反射したプローブ信号を検出する受光素子３１と、受光素子３１により検出されたプローブ信号に基づいて被検体２からの反射率を解析するＰＣ３３とを備え、反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンププローブ法に基づいて被検体の損傷度合を非破壊で分析する被検体損傷分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学部品に対するレーザ耐力を測定する場合、被検体としての光学部品に対してレーザ光を照射する。次に照射したレーザ光により形成された光学部品上の破壊痕を目視により、或いは顕微鏡観察を通じて確認することにより、実際のレーザ耐力を測る。
【０００３】
しかしながら、このようなレーザ耐力の測定方法では、被検体としての光学部品に対してレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を前提としたものである。従って、かかるレーザ耐力の測定方法では、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことから、非破壊でそのレーザ耐力を測定する技術が従来より望まれていた。
【０００４】
また、上述の如き目視等によりレーザ耐力を測定する方法では、定量的かつ客観的な測定基準を決めることができないことから、測定結果の信憑性に劣ることにもなっていた。
【０００５】
更に、上述した従来方法では、レーザ破壊が基板内部で生じたものであるか、基板の表面で生じたものであるかの判別や、レーザ光の照射により実際にいかなる破壊メカニズムにより損傷したのかの判別もすることができないという問題点があった。
【０００６】
なお、従来において特許文献１に示す技術も提案されているが、上述した全ての問題点をクリアすることができるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３７４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、被検体としての光学部品に対するレーザ耐力を非破壊で定量的に測定することができ、損傷メカニズムについても高精度に分析することが可能な被検体損傷分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を適用した被検体損傷分析装置は、上述した課題を解決するために、互いに遅延時間が調整されたポンプ光及びプローブ光を被検体に照射する照射光学系と、上記プローブ光が上記被検体から反射したプローブ信号を検出する信号検出手段と、上記信号検出手段により検出された上記プローブ信号に基づいて上記被検体からの反射率を解析する反射率解析手段とを備え、上記反射率解析手段は、上記反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別することを特徴とする。
【００１０】
上記反射率解析手段は、上記プローブ光が被検体に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを、上記反射率の上記遅延時間に対する変化量ΔＲ（ｔ）と、予め入力されている被検体非損傷時の屈折率ｎと被検体損傷時の屈折率ｎ’と、それぞれの屈折率の遅延時間に対する変化量Δｎ、Δｎ’とに基づいて求めるようにしてもよい。
【００１１】
また、上記反射率解析手段は、上記反射率から、光化学反応、電子励起、熱的反応の傾向をそれぞれ同定し、この同定した結果に基づいて損傷原因又は損傷メカニズムを分析するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記プローブ光が上記被検体を透過した透過光を受光する透過光受光手段を更に備え、上記反射率解析手段は、上記透過光受光手段により受光された透過光に関する情報に基づいて、更に上記被検体の深さ方向の傾向を分析するようにしてもよい。
【００１３】
また、光パルスを発生させる光パルス発生手段と、上記光パルス発生手段により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離する光分離手段と、上記光分離手段により分離されたポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整手段と、上記ポンプ光に対する上記プローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する偏光制御手段とを更に備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を適用した被検体損傷分析装置は、測定した反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別する。このため、本発明によれば被検体の損傷の有無をあくまで非破壊的に分析することができ、被検体の損傷の有無を判別する上で、わざわざ被検体にレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を行う必要性も無くなる。このため、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことなく、その光損傷の有無を判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した被検体損傷分析装置の構成を示す図である。
【図２】被検体からのプローブ信号に基づいて反射率の時間変化を計測した結果を示す図である。
【図３】（ａ）は、光損傷を受けた試験片における反射率ピークＢを示す図であり、（ｂ）は、光損傷を受けていない試験片における反射率ピークＢを示す図である。
【図４】ポンプ光の入射時からの遅延時間ｔ（ｆｓ）と、反射率の変化量ΔＲとの関係を示す図である。
【図５】本発明を適用した被検体損傷分析装置の構成を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態として被検体損傷分析装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した被検体損傷分析装置１の構成を示している。この被検体損傷分析装置１は、被検体２の損傷度合をポンププローブ法により分析する装置であって、光源１１と、光源１１から出射された光パルスが供給されるＮＤ（減光）フィルタ１２と、このＮＤフィルタ１２を通過した光を分割するビームスプリッタ１３と、このビームスプリッタ１３を通過したポンプ光の光路上に配される反射板１４と、反射板１４によって折り曲げられたポンプ光が供給される遅延時間調整部１５と、この遅延時間調整部１５から供給されてくるポンプ光を被検体２側へと導く反射板２０と、この反射板２０からのポンプ光を被検体２上に集光させる集光レンズ２３とを備えている。
【００１８】
また、この被検体損傷分析装置１は、ビームスプリッタ１３により折り曲げられて分離されたプローブ光の光路上に配される反射板１８と、反射板１８からのプローブ光を更に反射してこれを被検体２側へと導く反射板１９と、反射板１９からのプローブ光が供給される１/２波長板３５と、この１/２波長板３５の出射側に設けられた第１の偏光素子３６と、第１の偏光素子３６を通過したプローブ光を被検体２上に集光させる集光レンズ２２と、集光レンズ２３により集光されるポンプ光並びに集光レンズ２２により集光されるプローブ光をチョッピングするための光チョッパー２４と、被検体２を装着するためのホルダー２６と、プローブ光が被検体２から反射したプローブ信号を集光するレンズ２８と、レンズ２８により集光されたプローブ信号の偏光方向を制御する第２の偏光素子３０と、この第２の偏光素子３０の出射側に配設された受光素子３１と、この受光素子３１に接続されているロックインアンプ３２と、遅延時間調整部１５並びにロックインアンプ３２に接続されているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３３と、更にこのＰＣ３３に接続されている撮像部３４並びにＸＹステージ２７とを備えている。
【００１９】
被検体２は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、基板、ビームスプリッタ、偏光素子として用いられる光学素子である。被検体２としての光学素子の材質は、例えば、ＢＫ７等のクラウンガラス、Ｆ２等のフリントガラスのような光学ガラスであったり、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、岩塩（ＮａＣｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、サファイヤ、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）等のような光学結晶等によって具体化される。
【００２０】
光源１１は、例えばフェムト秒パルスレーザ光源である。この光源１１は、具体的には、波長７５０ｎｍ、時間幅１００ｆｓ程度からなる光パルスを８０ＭＨｚの繰り返し周波数で発生させる、チタンサファイヤレーザ発振器等を用いるようにしてもよい。
【００２１】
ＮＤフィルタ１２は、光源１１から出射された光パルスについて光量を落とすために用いられる。このＮＤフィルタ１２は、灰色又は黒色で構成され、その濃さの度合いに応じて、光源１１から出射された光パルスの減光量が決まる。
【００２２】
ビームスプリッタ１３は、ＮＤフィルタ１２からの出射光路中に斜めに配設された図示しないハーフミラーを含むものである。このビームスプリッター１３は、ＮＤフィルタ１２からの光パルスを分割し、一部はそのまま透過させるとともに、残りの一部はこれと略直交する方向へと反射させる。ここで、このビームスプリッタ１３による透過光は、ポンプ光として、また反射光はプローブ光として使用することを前提としているが、その逆であってもよい。
【００２３】
反射板１４、１８、１９は、入射されてくる光ビームを反射させることによりその光路を変換するミラーとして構成される。この中で、反射板１４は、ビームスプリッタ１３を透過したポンプ光の光路を略直角方向に折り曲げて遅延時間調整部１５へと導く。反射板１８は、ビームスプリッタ１３を反射したプローブ光を略直角方向に反射させる。また反射板１９は、この反射板１８により反射されてくるプローブ光を略直角方向に反射させる。
【００２４】
遅延時間調整部１５は、可動ミラー１６による光路長の調整を利用した光学系により構成されている。可動ミラー１６は、入射光軸に対して４５度の角度で斜めに配置された一対の反射ミラーから構成されており、入射光軸に沿って入射した光が一方の反射ミラーで入射光軸に対して垂直に反射されて他方の反射ミラーに入射し、他方の反射ミラーで入射方向に対して平行に反射されるようになっている。
【００２５】
これにより、可動ミラー１６が、ポンプ光のパルスの光軸方向に移動調整されることにより、可動ミラー１６が図中上方に移動したとき光路長が長く、また図中下方に移動したとき光路長が短く調整されることになる。従って、遅延時間調整部１５は、可動ミラー１６の移動により、ポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整することが可能となる。ここで、ポンプ光の光路長の可変範囲は、一般的には３０ｃｍ程度であり、プローブパルス光とポンプパルス光との間に、例えば−１〜１ｎｓの遅延時間の設定範囲を与えることになる。
【００２６】
なお、遅延時間調整部１５は、ポンプ光の光路を調整することにより時間遅延させる場合を例にとり説明をしたがこれに限定されるものではなく、プローブ光の光路上に設けるようにしてもよい。これにより、ことによりプローブ光の光路を調整することにより時間遅延させることも可能となる。
【００２７】
遅延時間調整部１５から出射した光は、反射板２０を反射して集光レンズ２３により集光され、被検体２の表面に対してほぼ垂直に照射され、更に当該被検体２の表面に対してほぼ垂直に反射することになる。
【００２８】
また、１/２波長板３５は、入射されるプローブ光に対して１／２波長の位相差を生じさせる。この１/２波長板３５は、プローブ光の直線偏光成分を、これに直交する成分に変換し、位相差を１８０°とするものである。この１/２波長板３５にプローブ光を通過させることにより、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合を調整することが可能となる。
【００２９】
第１の偏光素子３６は、１/２波長板３５を通過したプローブ光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、何れか一方の偏光成分を透過させてこれを出射する。以下の例において、第１の偏光素子３６からＰ偏光成分を透過させる場合を例にとり説明をする。
【００３０】
集光レンズ２２は、この第１の偏光素子３６を通過したプローブ光を、被検体２の表面に対して斜め上方向から照射する。その結果、この斜め上方向から入射されるプローブ光は、この被検体２の表面を反射してプローブ信号としての光となってレンズ２８により集光されることとなる。
【００３１】
また光チョッパー２４は、集光レンズ２３により集光されるポンプ光並びに集光レンズ２２により集光されるプローブ光を一定周期で断続することにより、当該ポンプ光、プローブ光を周期的にチョッピングする。光チョッパー２４は、光反射部と光透過部とが周方向に交互に配置された回転ディスクとして構成され、モータの回転駆動によって光ビームを周期的に反射させ又は通過させるようにしてもよい。この光チョッパー２４を配設する目的は、取得すべき信号のＳＮ比を向上させるためである。ちなみに、この光チョッパー２４は、ロックインアンプ３２を介してＰＣ３３により制御される。光チョッパー２４により変調されたポンプ光、プローブ光は、被検体２の表面に照射される。
【００３２】
第２の偏光素子３０は、レンズ２８により集光されたプローブ信号の光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、何れか一方の偏光成分を透過させてこれを出射する。この第２の偏光素子３０により透過させるべき偏光成分は、第１の偏光素子３６により透過させる偏光成分と同一のものにすることを前提としており、第１の偏光素子３６を透過する偏光成分がＰ偏光成分であるならば、第２の偏光素子３０により透過させるべき偏光成分もＰ偏光成分である。
【００３３】
受光素子３１は、第２の偏光素子３０を透過したＰ偏光成分の光を受光して光電変換することにより電気信号を生成し、これをロックインアンプ３２へと送信する。
【００３４】
ロックインアンプ３２は、この電気信号を増幅してＰＣ３３へと送信する。また、このロックインアンプ３２は、光チョッパー２４からの参照信号も供給され、これを増幅した上でＰＣ３３へと送信する。
【００３５】
撮像部３４は、被検体２の背面側から撮像を行うカメラ等で構成されている。この撮像部３４は、像光を結像させるためのレンズと、レンズを介して入射される被写体像に基づき電気的な撮像信号を生成するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサとを有している。これにより、この撮像部３４は、被検体２を透過した透過光を受光することが可能となる。そして、この撮像部３４は、この透過光に関する情報から、被検体２の深さ方向の情報を取得することが可能となる。撮像部３４は、ＣＣＤから生成した透過光に関する撮像信号をＰＣ３３へと送信する。
【００３６】
ＸＹステージ２７は、ホルダー２６によって固定された被検体２をＸ方向及びＹ方向へ移動させる。なお、このＸＹステージ２７以外に被検体２を回転移動させるための図示しない回転ステージが更に設けられていてもよいし、また被検体２を高さ方向に移動させるためのＺ軸ステージが更に設けられていてもよい。
【００３７】
ＰＣ３３は、この被検体損傷分析装置１を制御するための中央制御ユニットとしての役割を担うものである。このＰＣ３３は、ロックインアンプ６２から信号が供給され、供給された信号に基づいて反射率を解析する。また、このＰＣ３３は、撮像部３４から撮像信号が供給され、かかる撮像信号を解析することにより、被検体２の透過画像を得ることが可能となる。また、ＰＣ３３は、ユーザから入力された命令に基づいて、遅延時間調整部１５を制御することにより、ポンプ光とプローブ光との遅延時間の調整を行う。
【００３８】
上述した構成からなる被検体損傷分析装置１により、実際に被検体２の損傷を分析する際には、ポンプ光の光路途中に置かれた遅延時間調整部１５の可動ミラー１６を物理的に移動させることにより光路長を変更して、プローブ光との間の遅延時間を調整する。ポンプ光は、光チョッパー２４によりチョッピングされた後に被検体２に照射される。このポンプ光の照射により、被検体２自体が励起されることになる。またプローブ光は、被検体２に対して斜上方から入射され、また斜上方へ反射されるため、かかるプローブ信号成分のみを受光素子３１により受光することが可能となる。但し、この被検体２表面で散乱されたポンプ光は、プローブ光の検出の際に雑音の原因となる。このため、プローブ光は、第１の偏光素子３６により偏光方向がポンプ光と異なるように調整し、更に第２の偏光素子３０によりかかる偏光成分のプローブ光のみを検出することとしている。
【００３９】
図２は、この被検体２からのプローブ信号に基づいて反射率の時間変化を計測した結果を示している。この図２では横軸をポンプ光の被検体２への入射時からの時間遅れ（ｆｓ）を、また縦軸は、反射率ΔＲ／Ｒを示している。時間原点（０秒）は、ポンプ光の入射時点に相当する。
【００４０】
この反射率の時間変化は、大きく分類して３つのパターンに分類することができる。反射率ピークＡは、非線形光学応答に基づくものである。この反射率ピークＡは、ポンプ光が実際に被検体２表面に照射されることによる光学応答であり、多光子吸収による光化学的反応を伴う可能性のある電子励起状態の変化を原因とする屈折率変化に対応する。ちなみに、この反射率ピークＡの反射率ΔＲ／Ｒは、０．００２超と高く、その幅は狭小である。これらは材料に依存する物理量である。
【００４１】
また反射率ピークＢは、被検体２上に照射されたポンプ光により電子励起されることにより反射率が低下する段階と、この励起された電子が緩和されることにより反射率が向上する段階からなる谷状のピークが現れる。
【００４２】
また、傾向Ｃは、ポンプ光の照射によって生じる屈折率の変化に基づく熱的反応によるものである。
【００４３】
本発明を適用した被検体損傷分析装置１では、このような反射率の時間変化に基づいて被検体２の光損傷度合を分析する。
【００４４】
先ず、第１の分析方法では、被検体２の損傷度合を、上述した電子励起とその緩和による反射率ピークＢに基づいて判別する。この第１の分析方法では、故意に光損傷を与えた試験片と、光損傷を何ら受けていない試験片の２種類を準備する。ちなみに、この試験片は、被検体２と同一の成分、表面状態からなる光学部品とされていることが望ましい。
【００４５】
次に、この光損傷を受けた試験片と、光損傷を受けていない試験片それぞれについて、予め被検体損傷分析装置１により反射率の時間変化を計測し、その反射率ピークＢを同定する。図３（ａ）は、光損傷を受けた試験片における反射率ピークＢを、図３（ｂ）は、光損傷を受けていない試験片における反射率ピークＢを示している。光損傷を受けた試験片の反射率ピークＢは、光損傷を受けていない試験片の反射率ピークＢと比較して、そのピークの幅が狭小化されて、しかもピークの深さが深くなっている。即ち、光損傷を受けた試験片、光損傷を受けない試験片との間で、反射率ピークＢの幅や深さ（高さ）が大きく異なっていることが示されている。換言すれば、光損傷を受けたか、或いは受けないかという点と、反射率ピークＢの幅や深さ（高さ）との間で相関関係があるものといえる。
【００４６】
第１の分析方法は、かかる相関関係を予め分析してこれを相関情報としてＰＣ３３内に格納しておく。そして。実際にこれから光損傷度合を測定しようとする被検体２について、反射率の時間変化を測定する。そしてその被検体２における反射率の測定結果と、上述した予め測定した相関情報とを比較する。その結果、仮に被検体２における反射率の測定結果が、図３（ａ）のプロファイルと類似している場合には、光損傷を受けていないものと判別することができ、図３（ｂ）のプロファイルと類似している場合には、光損傷を受けたものと判別することができる。ちなみに、相関情報を比較する際には、反射率ピークＢにおける幅、深さ（高さ）の双方、又は何れか一方を参照すればよい。
【００４７】
このように、第１の分析方法によれば、被検体２について測定した反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定する。そして、予め入力されている損傷の有無と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷有無を判別する。
【００４８】
これにより、被検体２の損傷の有無をあくまで非破壊的に分析することができ、被検体２の損傷の有無を判別する上で、わざわざ被検体２にレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を行う必要性も無くなる。このため第１の分析方法によれば、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことなく、その光損傷の有無を判別することが可能となる。
【００４９】
なお、第１の分析方法によれば、被検体２の損傷の有無のみならず、被検体２の損傷度合をも判別することができる。例えば光損傷度合をランク付けした複数種の試験片について、それぞれ反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を測定する。そして光損傷度合と反射率ピークＢの高さ及び／又は幅の相関情報を取得し、これをＰＣ３３内に格納しておく。その後実際に損傷度合を求めるべき被検体２について同様に反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を測定し、これに最も類似する相関情報中の反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を介してその損傷度合を判別するようにしてもよい。上述した被検体２の損傷の有無が、損傷度合を２段階で評価していると考えることができるが、この２段階評価のみならず３段階以上で損傷度合を評価するようにしてもよい。
【００５０】
また、第１の分析方法によれば、被検体２について１箇所のみの損傷分析を行う場合に加えて、ＸＹステージ２７によりプローブ光のスポット形成位置を移動させることで複数個所の損傷分析を行うことも可能となる。
【００５１】
次に、被検体損傷分析装置１による第２の分析方法について説明をする。
【００５２】
この第２の分析方法は、プローブ光が被検体２に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを分析するものである。
【００５３】
図４は、ポンプ光の被検体２への入射時からの遅延時間ｔ（ｆｓ）を横軸に、また反射率の変化量ΔＲを縦軸にとったものである。ΔＲは、反射率ピークＡに対応して当初は大きくなり、その後反射率ピークＢ、傾向Ｃへと至るにつれて徐々に小さくなる。
【００５４】
このようなΔＲは、遅延時間ｔの関数ΔＲ（ｔ）として表せる。式（１）は、光損傷が全く無い場合の被検体２の反射率ΔＲ（ｔ）を示している。
【００５５】
ΔＲ（ｔ）＝２Δｎ（ｔ）（ｎ−１）／｜ｎ＋１｜2 ・・・・・・（１）
【００５６】
式（１）において、被検体非損傷時の屈折率をｎとし、Δｎ（ｔ）は、屈折率ｎの遅延時間ｔに対する変化量Δｎである。
【００５７】
また式（２）は、光損傷がある場合の被検体２の反射率ΔＲ（ｔ）を示している。
【００５８】
ΔＲ（ｔ）＝２Δｎ（ｔ）（ｎ−１）／｜ｎ＋１｜2×（Ｓ−Ｓｄ）／Ｓ+２Δｎ’（ｔ）（ｎ’−１）／｜ｎ’＋１｜2×Ｓｄ／Ｓ ・・・・・・（２）
【００５９】
式（２）において、被検体損傷時の屈折率をｎ’とし、Δｎ’（ｔ）は、屈折率ｎ’の遅延時間ｔに対する変化量Δｎ’である。
【００６０】
光損傷がある場合に照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを実際に測定する場合には、先ず被検体損傷分析装置１により、遅延時間ｔに対するΔＲのプロファイルを測定してΔＲ（ｔ）を求める。また、被検体非損傷時の屈折率ｎ、被検体損傷時の屈折率ｎ’、Δｎ（ｔ）、Δｎ’（ｔ）は、予めＰＣ３３内に情報として入力されているものとする。またプローブ光の被検体２に対する照射面積Ｓは、市販のビームプロファイラ等で求めることができる。
【００６１】
これらの各パラメータを（２）式に代入することにより、損傷面積Ｓｄを計算から求めることが可能となり、ひいては照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄの割合を求めることが可能となる。しかも本発明によれば、この損傷面積Ｓｄを求める上で、これを非破壊で定量的に測定することができる。
【００６２】
次に、第３の分析方法について説明をする。第３の分析方法によれば、被検体２について測定した反射率から、光化学反応による反射率ピークＡ、電子励起並びにその緩和に伴う反射率ピークＢ、熱的反応の傾向Ｃをそれぞれ同定する。次に、以前から予め損傷原因毎、或いは損傷メカニズム毎に分類した反射率ピークＡ、Ｂ、傾向Ｃを比較参照し、この同定した反射率ピークＡ、Ｂ、傾向Ｃに基づいて損傷原因或いは損傷メカニズムを分析する。
【００６３】
これにより、本発明によれば、損傷原因、損傷メカニズムについても高精度に分析することが可能となる。
【００６４】
更に本発明によれば、撮像部３４に関する情報から、被検体２の深さ方向の情報を取得することが可能となり、これに基づいて被検体２の深さ方向の傾向を分析するようにしてもよいことは勿論である。
【００６５】
なお、上述した被検体損傷分析装置１では、光源１１から発せられた光パルスをビームスプリッタ１３により分離してそれぞれポンプ光、プローブ光を生成する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、ポンプ光、プローブ光を別々の光源で発生させ、ビームスプリッタ１３に相当する構成を省略するようにしてもよい。この構成では、ポンプ光を生成する光源１１ａと、プローブ光を生成する光源１１ｂとを互いに独立して構成したものである。光源１１ａ、１１ｂを別々に設ける代わりに、ビームスプリッタ１３に関する構成を省略する。
【００６６】
光源１１ａから発せられた光は、ＮＤフィルタ１２ａを通過してそのままポンプ光となる。また、光源１１ｂから発せられた光は、ＮＤフィルタ１２ｂを通過し、反射板１８へと到達し、そのままプローブ光となる。その後のポンプ光、プローブ光の経路は上述と同一である。なお、この光源１１ａと光源１１ｂとは互いに同期等の各種調整がなされていることが前提となる。
【００６７】
また、本発明では、第１の偏光素子３６、第２の偏光素子３０に関する構成を省略するようにしてもよい。即ち、ポンプ光とプローブ光との間で偏光方向を互いに異ならせることにより、プローブ光を精度よく検出する場合のみならず、受光素子３１によりプローブ光を検出する上でポンプ光と混合しないように照射方向等を空間的に異ならせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 被検体損傷分析装置
２ 被検体
１１ 光源
１２ ＮＤフィルタ
１３ ビームスプリッタ
１４、１８、１９ 反射板
１５ 遅延時間調整部
２０ 反射板
２２、２３ 集光レンズ
２４ 光チョッパー
２６ ホルダー
２７ ＸＹステージ
２８ レンズ
３０ 第２の偏光素子
３１ 受光素子
３２ ロックインアンプ
３３ ＰＣ
３４ 撮像部
３５ １/２波長板
３６ 第１の偏光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンププローブ法に基づいて被検体の損傷度合を非破壊で分析する被検体損傷分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学部品に対するレーザ耐力を測定する場合、被検体としての光学部品に対してレーザ光を照射する。次に照射したレーザ光により形成された光学部品上の破壊痕を目視により、或いは顕微鏡観察を通じて確認することにより、実際のレーザ耐力を測る。
【０００３】
しかしながら、このようなレーザ耐力の測定方法では、被検体としての光学部品に対してレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を前提としたものである。従って、かかるレーザ耐力の測定方法では、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことから、非破壊でそのレーザ耐力を測定する技術が従来より望まれていた。
【０００４】
また、上述の如き目視等によりレーザ耐力を測定する方法では、定量的かつ客観的な測定基準を決めることができないことから、測定結果の信憑性に劣ることにもなっていた。
【０００５】
更に、上述した従来方法では、レーザ破壊が基板内部で生じたものであるか、基板の表面で生じたものであるかの判別や、レーザ光の照射により実際にいかなる破壊メカニズムにより損傷したのかの判別もすることができないという問題点があった。
【０００６】
なお、従来において特許文献１に示す技術も提案されているが、上述した全ての問題点をクリアすることができるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３７４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、被検体としての光学部品に対するレーザ耐力を非破壊で定量的に測定することができ、損傷メカニズムについても高精度に分析することが可能な被検体損傷分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を適用した被検体損傷分析装置は、上述した課題を解決するために、互いに遅延時間が調整されたポンプ光及びプローブ光を被検体に照射する照射光学系と、上記プローブ光が上記被検体から反射したプローブ信号を検出する信号検出手段と、上記信号検出手段により検出された上記プローブ信号に基づいて上記被検体からの反射率を解析する反射率解析手段とを備え、上記反射率解析手段は、上記反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別することを特徴とする。
【００１０】
上記反射率解析手段は、上記プローブ光が被検体に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを、上記反射率の上記遅延時間に対する変化量ΔＲ（ｔ）と、予め入力されている被検体非損傷時の屈折率ｎと被検体損傷時の屈折率ｎ’と、それぞれの屈折率の遅延時間に対する変化量Δｎ、Δｎ’とに基づいて求めるようにしてもよい。
【００１１】
また、上記反射率解析手段は、上記反射率から、光化学反応、電子励起、熱的反応の傾向をそれぞれ同定し、この同定した結果に基づいて損傷原因又は損傷メカニズムを分析するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記プローブ光が上記被検体を透過した透過光を受光する透過光受光手段を更に備え、上記反射率解析手段は、上記透過光受光手段により受光された透過光に関する情報に基づいて、更に上記被検体の深さ方向の傾向を分析するようにしてもよい。
【００１３】
また、光パルスを発生させる光パルス発生手段と、上記光パルス発生手段により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離する光分離手段と、上記光分離手段により分離されたポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整手段と、上記ポンプ光に対する上記プローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する偏光制御手段とを更に備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を適用した被検体損傷分析装置は、測定した反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別する。このため、本発明によれば被検体の損傷の有無をあくまで非破壊的に分析することができ、被検体の損傷の有無を判別する上で、わざわざ被検体にレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を行う必要性も無くなる。このため、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことなく、その光損傷の有無を判別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した被検体損傷分析装置の構成を示す図である。
【図２】被検体からのプローブ信号に基づいて反射率の時間変化を計測した結果を示す図である。
【図３】（ａ）は、光損傷を受けた試験片における反射率ピークＢを示す図であり、（ｂ）は、光損傷を受けていない試験片における反射率ピークＢを示す図である。
【図４】ポンプ光の入射時からの遅延時間ｔ（ｆｓ）と、反射率の変化量ΔＲとの関係を示す図である。
【図５】本発明を適用した被検体損傷分析装置の構成を示す他の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態として被検体損傷分析装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した被検体損傷分析装置１の構成を示している。この被検体損傷分析装置１は、被検体２の損傷度合をポンププローブ法により分析する装置であって、光源１１と、光源１１から出射された光パルスが供給されるＮＤ（減光）フィルタ１２と、このＮＤフィルタ１２を通過した光を分割するビームスプリッタ１３と、このビームスプリッタ１３を通過したポンプ光の光路上に配される反射板１４と、反射板１４によって折り曲げられたポンプ光が供給される遅延時間調整部１５と、この遅延時間調整部１５から供給されてくるポンプ光を被検体２側へと導く反射板２０と、この反射板２０からのポンプ光を被検体２上に集光させる集光レンズ２３とを備えている。
【００１８】
また、この被検体損傷分析装置１は、ビームスプリッタ１３により折り曲げられて分離されたプローブ光の光路上に配される反射板１８と、反射板１８からのプローブ光を更に反射してこれを被検体２側へと導く反射板１９と、反射板１９からのプローブ光が供給される１/２波長板３５と、この１/２波長板３５の出射側に設けられた第１の偏光素子３６と、第１の偏光素子３６を通過したプローブ光を被検体２上に集光させる集光レンズ２２と、集光レンズ２３により集光されるポンプ光並びに集光レンズ２２により集光されるプローブ光をチョッピングするための光チョッパー２４と、被検体２を装着するためのホルダー２６と、プローブ光が被検体２から反射したプローブ信号を集光するレンズ２８と、レンズ２８により集光されたプローブ信号の偏光方向を制御する第２の偏光素子３０と、この第２の偏光素子３０の出射側に配設された受光素子３１と、この受光素子３１に接続されているロックインアンプ３２と、遅延時間調整部１５並びにロックインアンプ３２に接続されているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３３と、更にこのＰＣ３３に接続されている撮像部３４並びにＸＹステージ２７とを備えている。
【００１９】
被検体２は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、基板、ビームスプリッタ、偏光素子として用いられる光学素子である。被検体２としての光学素子の材質は、例えば、ＢＫ７等のクラウンガラス、Ｆ２等のフリントガラスのような光学ガラスであったり、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、岩塩（ＮａＣｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、サファイヤ、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）等のような光学結晶等によって具体化される。
【００２０】
光源１１は、例えばフェムト秒パルスレーザ光源である。この光源１１は、具体的には、波長７５０ｎｍ、時間幅１００ｆｓ程度からなる光パルスを８０ＭＨｚの繰り返し周波数で発生させる、チタンサファイヤレーザ発振器等を用いるようにしてもよい。
【００２１】
ＮＤフィルタ１２は、光源１１から出射された光パルスについて光量を落とすために用いられる。このＮＤフィルタ１２は、灰色又は黒色で構成され、その濃さの度合いに応じて、光源１１から出射された光パルスの減光量が決まる。
【００２２】
ビームスプリッタ１３は、ＮＤフィルタ１２からの出射光路中に斜めに配設された図示しないハーフミラーを含むものである。このビームスプリッター１３は、ＮＤフィルタ１２からの光パルスを分割し、一部はそのまま透過させるとともに、残りの一部はこれと略直交する方向へと反射させる。ここで、このビームスプリッタ１３による透過光は、ポンプ光として、また反射光はプローブ光として使用することを前提としているが、その逆であってもよい。
【００２３】
反射板１４、１８、１９は、入射されてくる光ビームを反射させることによりその光路を変換するミラーとして構成される。この中で、反射板１４は、ビームスプリッタ１３を透過したポンプ光の光路を略直角方向に折り曲げて遅延時間調整部１５へと導く。反射板１８は、ビームスプリッタ１３を反射したプローブ光を略直角方向に反射させる。また反射板１９は、この反射板１８により反射されてくるプローブ光を略直角方向に反射させる。
【００２４】
遅延時間調整部１５は、可動ミラー１６による光路長の調整を利用した光学系により構成されている。可動ミラー１６は、入射光軸に対して４５度の角度で斜めに配置された一対の反射ミラーから構成されており、入射光軸に沿って入射した光が一方の反射ミラーで入射光軸に対して垂直に反射されて他方の反射ミラーに入射し、他方の反射ミラーで入射方向に対して平行に反射されるようになっている。
【００２５】
これにより、可動ミラー１６が、ポンプ光のパルスの光軸方向に移動調整されることにより、可動ミラー１６が図中上方に移動したとき光路長が長く、また図中下方に移動したとき光路長が短く調整されることになる。従って、遅延時間調整部１５は、可動ミラー１６の移動により、ポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整することが可能となる。ここで、ポンプ光の光路長の可変範囲は、一般的には３０ｃｍ程度であり、プローブパルス光とポンプパルス光との間に、例えば−１〜１ｎｓの遅延時間の設定範囲を与えることになる。
【００２６】
なお、遅延時間調整部１５は、ポンプ光の光路を調整することにより時間遅延させる場合を例にとり説明をしたがこれに限定されるものではなく、プローブ光の光路上に設けるようにしてもよい。これにより、ことによりプローブ光の光路を調整することにより時間遅延させることも可能となる。
【００２７】
遅延時間調整部１５から出射した光は、反射板２０を反射して集光レンズ２３により集光され、被検体２の表面に対してほぼ垂直に照射され、更に当該被検体２の表面に対してほぼ垂直に反射することになる。
【００２８】
また、１/２波長板３５は、入射されるプローブ光に対して１／２波長の位相差を生じさせる。この１/２波長板３５は、プローブ光の直線偏光成分を、これに直交する成分に変換し、位相差を１８０°とするものである。この１/２波長板３５にプローブ光を通過させることにより、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分の割合を調整することが可能となる。
【００２９】
第１の偏光素子３６は、１/２波長板３５を通過したプローブ光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、何れか一方の偏光成分を透過させてこれを出射する。以下の例において、第１の偏光素子３６からＰ偏光成分を透過させる場合を例にとり説明をする。
【００３０】
集光レンズ２２は、この第１の偏光素子３６を通過したプローブ光を、被検体２の表面に対して斜め上方向から照射する。その結果、この斜め上方向から入射されるプローブ光は、この被検体２の表面を反射してプローブ信号としての光となってレンズ２８により集光されることとなる。
【００３１】
また光チョッパー２４は、集光レンズ２３により集光されるポンプ光並びに集光レンズ２２により集光されるプローブ光を一定周期で断続することにより、当該ポンプ光、プローブ光を周期的にチョッピングする。光チョッパー２４は、光反射部と光透過部とが周方向に交互に配置された回転ディスクとして構成され、モータの回転駆動によって光ビームを周期的に反射させ又は通過させるようにしてもよい。この光チョッパー２４を配設する目的は、取得すべき信号のＳＮ比を向上させるためである。ちなみに、この光チョッパー２４は、ロックインアンプ３２を介してＰＣ３３により制御される。光チョッパー２４により変調されたポンプ光、プローブ光は、被検体２の表面に照射される。
【００３２】
第２の偏光素子３０は、レンズ２８により集光されたプローブ信号の光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、何れか一方の偏光成分を透過させてこれを出射する。この第２の偏光素子３０により透過させるべき偏光成分は、第１の偏光素子３６により透過させる偏光成分と同一のものにすることを前提としており、第１の偏光素子３６を透過する偏光成分がＰ偏光成分であるならば、第２の偏光素子３０により透過させるべき偏光成分もＰ偏光成分である。
【００３３】
受光素子３１は、第２の偏光素子３０を透過したＰ偏光成分の光を受光して光電変換することにより電気信号を生成し、これをロックインアンプ３２へと送信する。
【００３４】
ロックインアンプ３２は、この電気信号を増幅してＰＣ３３へと送信する。また、このロックインアンプ３２は、光チョッパー２４からの参照信号も供給され、これを増幅した上でＰＣ３３へと送信する。
【００３５】
撮像部３４は、被検体２の背面側から撮像を行うカメラ等で構成されている。この撮像部３４は、像光を結像させるためのレンズと、レンズを介して入射される被写体像に基づき電気的な撮像信号を生成するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサとを有している。これにより、この撮像部３４は、被検体２を透過した透過光を受光することが可能となる。そして、この撮像部３４は、この透過光に関する情報から、被検体２の深さ方向の情報を取得することが可能となる。撮像部３４は、ＣＣＤから生成した透過光に関する撮像信号をＰＣ３３へと送信する。
【００３６】
ＸＹステージ２７は、ホルダー２６によって固定された被検体２をＸ方向及びＹ方向へ移動させる。なお、このＸＹステージ２７以外に被検体２を回転移動させるための図示しない回転ステージが更に設けられていてもよいし、また被検体２を高さ方向に移動させるためのＺ軸ステージが更に設けられていてもよい。
【００３７】
ＰＣ３３は、この被検体損傷分析装置１を制御するための中央制御ユニットとしての役割を担うものである。このＰＣ３３は、ロックインアンプ６２から信号が供給され、供給された信号に基づいて反射率を解析する。また、このＰＣ３３は、撮像部３４から撮像信号が供給され、かかる撮像信号を解析することにより、被検体２の透過画像を得ることが可能となる。また、ＰＣ３３は、ユーザから入力された命令に基づいて、遅延時間調整部１５を制御することにより、ポンプ光とプローブ光との遅延時間の調整を行う。
【００３８】
上述した構成からなる被検体損傷分析装置１により、実際に被検体２の損傷を分析する際には、ポンプ光の光路途中に置かれた遅延時間調整部１５の可動ミラー１６を物理的に移動させることにより光路長を変更して、プローブ光との間の遅延時間を調整する。ポンプ光は、光チョッパー２４によりチョッピングされた後に被検体２に照射される。このポンプ光の照射により、被検体２自体が励起されることになる。またプローブ光は、被検体２に対して斜上方から入射され、また斜上方へ反射されるため、かかるプローブ信号成分のみを受光素子３１により受光することが可能となる。但し、この被検体２表面で散乱されたポンプ光は、プローブ光の検出の際に雑音の原因となる。このため、プローブ光は、第１の偏光素子３６により偏光方向がポンプ光と異なるように調整し、更に第２の偏光素子３０によりかかる偏光成分のプローブ光のみを検出することとしている。
【００３９】
図２は、この被検体２からのプローブ信号に基づいて反射率の時間変化を計測した結果を示している。この図２では横軸をポンプ光の被検体２への入射時からの時間遅れ（ｆｓ）を、また縦軸は、反射率ΔＲ／Ｒを示している。時間原点（０秒）は、ポンプ光の入射時点に相当する。
【００４０】
この反射率の時間変化は、大きく分類して３つのパターンに分類することができる。反射率ピークＡは、非線形光学応答に基づくものである。この反射率ピークＡは、ポンプ光が実際に被検体２表面に照射されることによる光学応答であり、多光子吸収による光化学的反応を伴う可能性のある電子励起状態の変化を原因とする屈折率変化に対応する。ちなみに、この反射率ピークＡの反射率ΔＲ／Ｒは、０．００２超と高く、その幅は狭小である。これらは材料に依存する物理量である。
【００４１】
また反射率ピークＢは、被検体２上に照射されたポンプ光により電子励起されることにより反射率が低下する段階と、この励起された電子が緩和されることにより反射率が向上する段階からなる谷状のピークが現れる。
【００４２】
また、傾向Ｃは、ポンプ光の照射によって生じる屈折率の変化に基づく熱的反応によるものである。
【００４３】
本発明を適用した被検体損傷分析装置１では、このような反射率の時間変化に基づいて被検体２の光損傷度合を分析する。
【００４４】
先ず、第１の分析方法では、被検体２の損傷度合を、上述した電子励起とその緩和による反射率ピークＢに基づいて判別する。この第１の分析方法では、故意に光損傷を与えた試験片と、光損傷を何ら受けていない試験片の２種類を準備する。ちなみに、この試験片は、被検体２と同一の成分、表面状態からなる光学部品とされていることが望ましい。
【００４５】
次に、この光損傷を受けた試験片と、光損傷を受けていない試験片それぞれについて、予め被検体損傷分析装置１により反射率の時間変化を計測し、その反射率ピークＢを同定する。図３（ａ）は、光損傷を受けた試験片における反射率ピークＢを、図３（ｂ）は、光損傷を受けていない試験片における反射率ピークＢを示している。光損傷を受けた試験片の反射率ピークＢは、光損傷を受けていない試験片の反射率ピークＢと比較して、そのピークの幅が狭小化されて、しかもピークの深さが深くなっている。即ち、光損傷を受けた試験片、光損傷を受けない試験片との間で、反射率ピークＢの幅や深さ（高さ）が大きく異なっていることが示されている。換言すれば、光損傷を受けたか、或いは受けないかという点と、反射率ピークＢの幅や深さ（高さ）との間で相関関係があるものといえる。
【００４６】
第１の分析方法は、かかる相関関係を予め分析してこれを相関情報としてＰＣ３３内に格納しておく。そして。実際にこれから光損傷度合を測定しようとする被検体２について、反射率の時間変化を測定する。そしてその被検体２における反射率の測定結果と、上述した予め測定した相関情報とを比較する。その結果、仮に被検体２における反射率の測定結果が、図３（ａ）のプロファイルと類似している場合には、光損傷を受けていないものと判別することができ、図３（ｂ）のプロファイルと類似している場合には、光損傷を受けたものと判別することができる。ちなみに、相関情報を比較する際には、反射率ピークＢにおける幅、深さ（高さ）の双方、又は何れか一方を参照すればよい。
【００４７】
このように、第１の分析方法によれば、被検体２について測定した反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定する。そして、予め入力されている損傷の有無と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷有無を判別する。
【００４８】
これにより、被検体２の損傷の有無をあくまで非破壊的に分析することができ、被検体２の損傷の有無を判別する上で、わざわざ被検体２にレーザ光を照射して破壊する、いわゆる破壊計測を行う必要性も無くなる。このため第１の分析方法によれば、製品としての光学部品に疵をつけてしまうことなく、その光損傷の有無を判別することが可能となる。
【００４９】
なお、第１の分析方法によれば、被検体２の損傷の有無のみならず、被検体２の損傷度合をも判別することができる。例えば光損傷度合をランク付けした複数種の試験片について、それぞれ反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を測定する。そして光損傷度合と反射率ピークＢの高さ及び／又は幅の相関情報を取得し、これをＰＣ３３内に格納しておく。その後実際に損傷度合を求めるべき被検体２について同様に反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を測定し、これに最も類似する相関情報中の反射率ピークＢの高さ及び／又は幅を介してその損傷度合を判別するようにしてもよい。上述した被検体２の損傷の有無が、損傷度合を２段階で評価していると考えることができるが、この２段階評価のみならず３段階以上で損傷度合を評価するようにしてもよい。
【００５０】
また、第１の分析方法によれば、被検体２について１箇所のみの損傷分析を行う場合に加えて、ＸＹステージ２７によりプローブ光のスポット形成位置を移動させることで複数個所の損傷分析を行うことも可能となる。
【００５１】
次に、被検体損傷分析装置１による第２の分析方法について説明をする。
【００５２】
この第２の分析方法は、プローブ光が被検体２に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを分析するものである。
【００５３】
図４は、ポンプ光の被検体２への入射時からの遅延時間ｔ（ｆｓ）を横軸に、また反射率の変化量ΔＲを縦軸にとったものである。ΔＲは、反射率ピークＡに対応して当初は大きくなり、その後反射率ピークＢ、傾向Ｃへと至るにつれて徐々に小さくなる。
【００５４】
このようなΔＲは、遅延時間ｔの関数ΔＲ（ｔ）として表せる。式（１）は、光損傷が全く無い場合の被検体２の反射率ΔＲ（ｔ）を示している。
【００５５】
ΔＲ（ｔ）＝２Δｎ（ｔ）（ｎ−１）／｜ｎ＋１｜2 ・・・・・・（１）
【００５６】
式（１）において、被検体非損傷時の屈折率をｎとし、Δｎ（ｔ）は、屈折率ｎの遅延時間ｔに対する変化量Δｎである。
【００５７】
また式（２）は、光損傷がある場合の被検体２の反射率ΔＲ（ｔ）を示している。
【００５８】
ΔＲ（ｔ）＝２Δｎ（ｔ）（ｎ−１）／｜ｎ＋１｜2×（Ｓ−Ｓｄ）／Ｓ+２Δｎ’（ｔ）（ｎ’−１）／｜ｎ’＋１｜2×Ｓｄ／Ｓ ・・・・・・（２）
【００５９】
式（２）において、被検体損傷時の屈折率をｎ’とし、Δｎ’（ｔ）は、屈折率ｎ’の遅延時間ｔに対する変化量Δｎ’である。
【００６０】
光損傷がある場合に照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを実際に測定する場合には、先ず被検体損傷分析装置１により、遅延時間ｔに対するΔＲのプロファイルを測定してΔＲ（ｔ）を求める。また、被検体非損傷時の屈折率ｎ、被検体損傷時の屈折率ｎ’、Δｎ（ｔ）、Δｎ’（ｔ）は、予めＰＣ３３内に情報として入力されているものとする。またプローブ光の被検体２に対する照射面積Ｓは、市販のビームプロファイラ等で求めることができる。
【００６１】
これらの各パラメータを（２）式に代入することにより、損傷面積Ｓｄを計算から求めることが可能となり、ひいては照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄの割合を求めることが可能となる。しかも本発明によれば、この損傷面積Ｓｄを求める上で、これを非破壊で定量的に測定することができる。
【００６２】
次に、第３の分析方法について説明をする。第３の分析方法によれば、被検体２について測定した反射率から、光化学反応による反射率ピークＡ、電子励起並びにその緩和に伴う反射率ピークＢ、熱的反応の傾向Ｃをそれぞれ同定する。次に、以前から予め損傷原因毎、或いは損傷メカニズム毎に分類した反射率ピークＡ、Ｂ、傾向Ｃを比較参照し、この同定した反射率ピークＡ、Ｂ、傾向Ｃに基づいて損傷原因或いは損傷メカニズムを分析する。
【００６３】
これにより、本発明によれば、損傷原因、損傷メカニズムについても高精度に分析することが可能となる。
【００６４】
更に本発明によれば、撮像部３４に関する情報から、被検体２の深さ方向の情報を取得することが可能となり、これに基づいて被検体２の深さ方向の傾向を分析するようにしてもよいことは勿論である。
【００６５】
なお、上述した被検体損傷分析装置１では、光源１１から発せられた光パルスをビームスプリッタ１３により分離してそれぞれポンプ光、プローブ光を生成する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、ポンプ光、プローブ光を別々の光源で発生させ、ビームスプリッタ１３に相当する構成を省略するようにしてもよい。この構成では、ポンプ光を生成する光源１１ａと、プローブ光を生成する光源１１ｂとを互いに独立して構成したものである。光源１１ａ、１１ｂを別々に設ける代わりに、ビームスプリッタ１３に関する構成を省略する。
【００６６】
光源１１ａから発せられた光は、ＮＤフィルタ１２ａを通過してそのままポンプ光となる。また、光源１１ｂから発せられた光は、ＮＤフィルタ１２ｂを通過し、反射板１８へと到達し、そのままプローブ光となる。その後のポンプ光、プローブ光の経路は上述と同一である。なお、この光源１１ａと光源１１ｂとは互いに同期等の各種調整がなされていることが前提となる。
【００６７】
また、本発明では、第１の偏光素子３６、第２の偏光素子３０に関する構成を省略するようにしてもよい。即ち、ポンプ光とプローブ光との間で偏光方向を互いに異ならせることにより、プローブ光を精度よく検出する場合のみならず、受光素子３１によりプローブ光を検出する上でポンプ光と混合しないように照射方向等を空間的に異ならせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 被検体損傷分析装置
２ 被検体
１１ 光源
１２ ＮＤフィルタ
１３ ビームスプリッタ
１４、１８、１９ 反射板
１５ 遅延時間調整部
２０ 反射板
２２、２３ 集光レンズ
２４ 光チョッパー
２６ ホルダー
２７ ＸＹステージ
２８ レンズ
３０ 第２の偏光素子
３１ 受光素子
３２ ロックインアンプ
３３ ＰＣ
３４ 撮像部
３５ １/２波長板
３６ 第１の偏光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに遅延時間が調整されたポンプ光及びプローブ光を被検体に照射する照射光学系と、
上記プローブ光が上記被検体から反射したプローブ信号を検出する信号検出手段と、
上記信号検出手段により検出された上記プローブ信号に基づいて上記被検体からの反射率を解析する反射率解析手段とを備え、
上記反射率解析手段は、上記反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別すること
を特徴とする被検体損傷分析装置。
【請求項２】
上記反射率解析手段は、上記プローブ光が被検体に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを、上記反射率の上記遅延時間に対する変化量ΔＲ（ｔ）と、予め入力されている被検体非損傷時の屈折率ｎと被検体損傷時の屈折率ｎ’と、それぞれの屈折率の遅延時間に対する変化量Δｎ、Δｎ’とに基づいて求めること
を特徴とする請求項１記載の被検体損傷分析装置。
【請求項３】
上記反射率解析手段は、上記反射率から、光化学反応、電子励起、熱的反応の傾向をそれぞれ同定し、この同定した結果に基づいて損傷原因又は損傷メカニズムを分析すること
を特徴とする請求項１又は２記載の被検体損傷分析装置。
【請求項４】
上記プローブ光が上記被検体を透過した透過光を受光する透過光受光手段を更に備え、
上記反射率解析手段は、上記透過光受光手段により受光された透過光に関する情報に基づいて、更に上記被検体の深さ方向の傾向を分析すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の被検体損傷分析装置。
【請求項５】
光パルスを発生させる光パルス発生手段と、
上記光パルス発生手段により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離する光分離手段と、
上記光分離手段により分離されたポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整手段と、
上記ポンプ光に対する上記プローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する偏光制御手段とを更に備えること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の被検体損傷分析装置。
【請求項１】
互いに遅延時間が調整されたポンプ光及びプローブ光を被検体に照射する照射光学系と、
上記プローブ光が上記被検体から反射したプローブ信号を検出する信号検出手段と、
上記信号検出手段により検出された上記プローブ信号に基づいて上記被検体からの反射率を解析する反射率解析手段とを備え、
上記反射率解析手段は、上記反射率から電子励起とその緩和による反射率ピークの高さ及び／又は幅を同定し、予め入力されている損傷度合と反射率ピークの高さ及び／又は幅の相関情報を照合して、当該被検体の損傷度合を判別すること
を特徴とする被検体損傷分析装置。
【請求項２】
上記反射率解析手段は、上記プローブ光が被検体に照射された照射面積Ｓに対する損傷面積Ｓｄを、上記反射率の上記遅延時間に対する変化量ΔＲ（ｔ）と、予め入力されている被検体非損傷時の屈折率ｎと被検体損傷時の屈折率ｎ’と、それぞれの屈折率の遅延時間に対する変化量Δｎ、Δｎ’とに基づいて求めること
を特徴とする請求項１記載の被検体損傷分析装置。
【請求項３】
上記反射率解析手段は、上記反射率から、光化学反応、電子励起、熱的反応の傾向をそれぞれ同定し、この同定した結果に基づいて損傷原因又は損傷メカニズムを分析すること
を特徴とする請求項１又は２記載の被検体損傷分析装置。
【請求項４】
上記プローブ光が上記被検体を透過した透過光を受光する透過光受光手段を更に備え、
上記反射率解析手段は、上記透過光受光手段により受光された透過光に関する情報に基づいて、更に上記被検体の深さ方向の傾向を分析すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の被検体損傷分析装置。
【請求項５】
光パルスを発生させる光パルス発生手段と、
上記光パルス発生手段により発生された光パルスをポンプ光とプローブ光に分離する光分離手段と、
上記光分離手段により分離されたポンプ光とプローブ光との遅延時間を調整する遅延時間調整手段と、
上記ポンプ光に対する上記プローブ光の偏光方向を互いに直交する方向に制御する偏光制御手段とを更に備えること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の被検体損傷分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１８００３９（Ｐ２０１１−１８００３９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５８９４（Ｐ２０１０−４５８９４）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（５９２２５３７３６）シグマ光機株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
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