JPH06100511B2 - Scanning stress measurement method - Google Patents
Scanning stress measurement methodInfo
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- JPH06100511B2 JPH06100511B2 JP61100934A JP10093486A JPH06100511B2 JP H06100511 B2 JPH06100511 B2 JP H06100511B2 JP 61100934 A JP61100934 A JP 61100934A JP 10093486 A JP10093486 A JP 10093486A JP H06100511 B2 JPH06100511 B2 JP H06100511B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザー光を光源とするラマン分光法を応用し
た応力測定方法に係り、特に被測定試料に応力分布が存
在する場合の測定に好適な走査型応力測定方法に関す
る。The present invention relates to a stress measurement method applying Raman spectroscopy using laser light as a light source, and is particularly suitable for measurement when a stress distribution exists in a sample to be measured. Scanning stress measurement method.
被測定試料に強い単色可視光線を照射すると、その試料
の分子振動に起因して入射光が振動数変化し、入射光と
振動数が異なるラマン散乱光が発生する。その振動数変
化に対するラマン散乱光強度を測定したものをラマンス
ペクトルといい、このラマンスペクトルがピークを示す
振動数位置から定性分析ができ、また、散乱光強度から
定量分析ができる。応力が負荷されるとラマンスペクト
ルのピークを示す振動数位置がシフトし、このシフト量
を検出することにより応力の定量的評価ができる。When the sample to be measured is irradiated with strong monochromatic visible light, the incident light changes in frequency due to the molecular vibration of the sample, and Raman scattered light having a frequency different from that of the incident light is generated. What measured the Raman scattered light intensity with respect to the frequency change is called a Raman spectrum, and qualitative analysis can be performed from the frequency position where this Raman spectrum shows a peak, and quantitative analysis can be performed from the scattered light intensity. When stress is applied, the frequency position showing the peak of the Raman spectrum shifts, and the stress can be quantitatively evaluated by detecting the shift amount.
現在のレーザーラマン分光法は、例えば特開昭55-11254
9号に開示する如く、固体試料ならば試料台に載せ、液
体試料ならばセルに入れて、試料室にてレーザー光を試
料に照射して発生するラマン散乱光を分光計に導入して
各振動数におけるラマン散乱光強度を測定して行つてい
る。The current laser Raman spectroscopy is disclosed in, for example, JP-A-55-11254.
As disclosed in No. 9, if it is a solid sample, place it on the sample table, if it is a liquid sample, put it in the cell, and introduce the Raman scattered light generated by irradiating the sample with laser light in the sample chamber into the spectrometer. The Raman scattered light intensity at the frequency is measured.
上記レーザーラマン分光方法において、試料の測定箇所
のX-Y方向の位置決めは、試料自体を動かし、かつ、手
動で行つたので、動かすと試料が破損する恐れのある場
合や試料を試料室に入れることのできない場合などのよ
うに試料室にて試料自体を動かすことができない場合は
測定が不可能であつた。また、試料室にて試料自体を動
かすことができる場合であつても、手動のため、X-Y方
向の位置決めを精度良く行うことが困難であつた。さら
に、Z方向の位置決めは行つていないので、試料表面に
凹凸がある場合、光フアイバーを試料表面から一定の距
離に保持することが困難であつた。このため、得られる
応力分布の精度が低下する欠点があつた。In the above-mentioned laser Raman spectroscopy method, positioning of the measurement point of the sample in the XY direction was performed by moving the sample itself and manually, so if moving the sample may damage the sample or put the sample in the sample chamber. If the sample itself cannot be moved in the sample chamber, such as when it cannot be performed, measurement was impossible. Even if the sample itself can be moved in the sample chamber, it is difficult to perform accurate positioning in the XY directions because it is manual. Further, since the positioning in the Z direction is not performed, it is difficult to hold the optical fiber at a constant distance from the sample surface when the sample surface has irregularities. Therefore, there is a drawback that the accuracy of the obtained stress distribution is lowered.
本発明の目的は、試料表面及び深さ方向の応力の分布を
自動的に測定する走査型応力測定方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a scanning stress measurement method for automatically measuring the stress distribution in the sample surface and in the depth direction.
上記目的は、レーザーを被測定試料まで第1の光フアイ
バーで導き試料に照射して該試料から発生したラマン散
乱光を第2の光フアイバーでラマン分光計へ導き応力を
測定する方法において、第1及び第2の光ファイバーと
試料との間隔を一定に保ちつつ第1の光ファイバー、第
2の光ファイバー若しくは試料を水平走査または水平及
び垂直走査しながら応力の求めを行うことにより達成
し、また、ラマン分光計によりラマンスペクトルを求
め、次いでコンピュータによりラマンスペクトルがピー
クを示す振動数(或いは波長でも同じ)位置のシフト量
から試料の応力を求め、走査に応じて応力を求めること
により、最終的に応力分布を求めることにより達成され
る。In the method for measuring stress by guiding a laser to a sample to be measured with a first optical fiber and irradiating the sample with Raman scattered light generated from the sample to a Raman spectrometer with a second optical fiber, the above-mentioned object is This is achieved by carrying out the stress determination while horizontally scanning or horizontally and vertically scanning the first optical fiber, the second optical fiber or the sample while keeping the distance between the first and second optical fibers and the sample constant, and Raman. The Raman spectrum is obtained by a spectrometer, then the stress of the sample is obtained from the shift amount of the frequency (or wavelength is the same) position where the Raman spectrum shows a peak by the computer, and the stress is finally obtained according to the scanning. This is achieved by finding the distribution.
また上記目的は、レーザー光源と、該レーザー光源から
出たレーザー光を被測定試料まで導く光フアイバーと、
該試料から発生したラマン分光計へ導く光フアイバーと
からなる装置において、光フアイバーを支持するメカニ
カルステージと、試料を載置する台と、前記メカニカル
ステージもしくは試料を載置する台を水平走査又は水平
及び垂直走査する手段と、光フアイバーと試料との間隔
を検出するセンサと、走査制御・データ処理用コンピユ
ータと、画像処理装置とを設けたことにより、達成され
る。Further, the above object is to provide a laser light source, an optical fiber for guiding the laser light emitted from the laser light source to a sample to be measured,
A device comprising an optical fiber for guiding a Raman spectrometer generated from the sample, wherein a mechanical stage supporting the optical fiber, a stage for mounting the sample, and a horizontal scanning or horizontal scanning for the mechanical stage or the stage for mounting the sample. And a means for vertical scanning, a sensor for detecting the distance between the optical fiber and the sample, a scanning control / data processing computer, and an image processing device.
上記のように、光フアイバーもしくは試料を水平走査
し、又は試料と光フアイバーとの間隔を一定に保ちなが
ら光フアイバーもしくは試料を水平及び垂直走査し、ラ
マン散乱光をラマン分光計へ導くことにより、従来不可
能であつた応力の分布が存在する試料に関してもその応
力の分布を把握できる。As described above, by horizontally scanning the optical fiber or the sample, or by scanning the optical fiber or the sample horizontally and vertically while keeping the distance between the sample and the optical fiber constant, by guiding the Raman scattered light to the Raman spectrometer, It is possible to understand the stress distribution of a sample having a stress distribution that has been impossible in the past.
応力が負荷されるとラマンスペクトルのピークを示す振
動数位置がシフトし、このシフト量を検出することによ
り応力を定量的に評価することが可能となり、よって応
力分布を正確に把握することが可能となる。更に光ファ
イバーと試料との距離を一定にすることにより、スペク
トル強度のピーク値を示す振動数(横軸)の位置の変化
を距離変動の影響なく把握することが可能となる。因み
に振動数(波長)のシフト量が応力分布を表し、かつそ
のシフト量が光ファイバーと試料との間隔(距離)に影
響されることは本発明者が見出したものである。When stress is applied, the frequency position showing the peak of the Raman spectrum shifts, and it is possible to quantitatively evaluate the stress by detecting this shift amount, and thus the stress distribution can be accurately grasped. Becomes Further, by making the distance between the optical fiber and the sample constant, it is possible to grasp the change in the position of the frequency (horizontal axis) indicating the peak value of the spectrum intensity without the influence of the distance variation. The inventor has found that the shift amount of the frequency (wavelength) represents the stress distribution and the shift amount is influenced by the distance (distance) between the optical fiber and the sample.
また上記のように、光フアイバーを支持するメカニカル
ステージと、試料を載置する台と、前記メカニカルステ
ージもしくは試料を載置する台を水平走査又は水平及び
垂直走査する手段と、光フアイバーと試料との間隔を検
出するセンサと、走査制御・データ処理用コンピユータ
と、画像処理装置とを設けたことにより、各走査点の位
置と応力を精度良く把握することができるので、高精度
の測定を行うことができる。Further, as described above, a mechanical stage that supports the optical fiber, a table on which the sample is placed, a means for horizontally scanning or horizontally and vertically scanning the mechanical stage or the table on which the sample is placed, the optical fiber and the sample. By providing a sensor that detects the interval between the scanning points, a scanning control / data processing computer, and an image processing device, the position and stress of each scanning point can be grasped with high precision, and therefore highly accurate measurement is performed. be able to.
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図に示す実施例は、本発明の基本的態様であり、ア
ルゴンイオンレーザー等のレーザー光源1から発振され
たレーザー光はレーザー光用光フアイバー2を通りレー
ザー集光レンズ3により試料4の測定部に集光する。そ
してこのレーザー光用光フアイバー2及びラマン光用光
フアイバー5をX-Y軸ステージ6に取り付け、2個のス
テツピングモータ(DCモータでもよい。図示せず)で駆
動するX-Y機構に設置した。ステツピングモータをプロ
グラム制御し、X-Y方向に自動的に走査させ、各走査点
でレーザー光7を照射することにより、試料4からラマ
ン散乱光8を発生させる。発生したラマン散乱光8はラ
マン集光レンズ9により集光し、ラマン光用光フアイバ
ー5を経て公知のラマン分光計10において分光してラマ
ンスペクトルを測定し、コンピユータ11によりラマンス
ペクトルがピークを示す振動数位置のシフト量から試料
4の応力分布を求め、画像処理装置11aによりその応力
分布を画像処理したものである。The embodiment shown in FIG. 1 is a basic mode of the present invention. Laser light oscillated from a laser light source 1 such as an argon ion laser passes through an optical fiber 2 for laser light, and a laser condensing lens 3 causes a laser beam of a sample 4 to be emitted. Focus on the measurement section. Then, the optical fiber 2 for laser light and the optical fiber 5 for Raman light were attached to an XY axis stage 6 and installed in an XY mechanism driven by two stepping motors (a DC motor may be used, not shown). Raman scattered light 8 is generated from the sample 4 by program-controlling the stepping motor to automatically scan in the XY directions and irradiating the laser light 7 at each scanning point. The generated Raman scattered light 8 is condensed by the Raman condensing lens 9, passes through the Raman light optical fiber 5 and is dispersed in a known Raman spectrometer 10 to measure the Raman spectrum, and the Raman spectrum shows a peak by the computer 11. The stress distribution of the sample 4 is obtained from the shift amount of the frequency position, and the stress distribution is image-processed by the image processing device 11a.
ラマン分光計10により得られたラマンスペクトルをコン
ピユータ11により処理を行い応力分布の勾配を求め、そ
の大きさにより順次走査ステツプ幅及びデータサンプリ
ング間隔をコンピユータ11により決定し、2個のステツ
ピングモータ(図示せず)を駆動することも可能であ
る。応力分布の勾配が大きくなるときには、走査ステツ
プ幅及びデータサンプリング間隔を小さくして行き、反
対に勾配が小さくなるときには、それらが大きくなるよ
うにする。そして、各走査点でラマン分光計10によりラ
マンスペクトルを測定し、コンピユータ11によりラマン
スペクトルがピークを示す振動数位置のシフト量から試
料4の応力分布を求め、画像処理装置11aによりその応
力分布を画像処理するものである。The Raman spectrum obtained by the Raman spectrometer 10 is processed by the computer 11 to obtain the gradient of the stress distribution, and the stepwise scanning step width and the data sampling interval are determined by the computer 11 according to their magnitudes, and the two stepping motors ( It is also possible to drive (not shown). When the gradient of the stress distribution becomes large, the scan step width and the data sampling interval are made small, and when the gradient becomes small, they become large. Then, the Raman spectrum is measured by the Raman spectrometer 10 at each scanning point, the stress distribution of the sample 4 is obtained from the shift amount of the frequency position where the Raman spectrum shows a peak by the computer 11, and the stress distribution is calculated by the image processing device 11a. It is for image processing.
第2図に示す実施例は、他の発明の基本的態様で、レー
ザー光用光フアイバー2及びラマン光用光フアイバー5
をZ方向位置決めセンサ12と共にX-Y-Z軸ステージ6aに
取り付け、2個のステツピングモータ(図示せず)及び
1個のモータ(図示せず)で駆動するX-Y-Z機構に設置
する。ステツピングモータをプログラム制御し、X-Y方
向に自動的に走査させ、これと同時に、Z方向位置決め
センサ12及びこの信号によるモータ駆動により光フアイ
バー2及び5のZ方向の位置を試料4表面から一定の距
離に保ち、各走査点でレーザー光7を照射する。試料4
から発生したラマン散乱光8はラマン集光レンズ9によ
り集光し、ラマン光用光フアイバー5を経てラマン分光
計10において分光してラマンスペクトルを測定し、コン
ピユータ11によりラマンスペクトルがピークを示す振動
数位置のシフト量から試料4の応力分布を求め、画像処
理装置11aによりその応力分布を画像処理するものであ
る。The embodiment shown in FIG. 2 is a basic mode of another invention, and is a laser fiber 2 and a Raman light fiber 5.
Is mounted on the XYZ axis stage 6a together with the Z-direction positioning sensor 12 and installed in an XYZ mechanism driven by two stepping motors (not shown) and one motor (not shown). The stepping motor is program-controlled to automatically scan in the XY directions, and at the same time, the Z-direction positioning sensor 12 and the motor drive by this signal keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z-direction constant from the surface of the sample 4. The distance is maintained and the laser light 7 is emitted at each scanning point. Sample 4
The Raman scattered light 8 generated from the light is condensed by the Raman condensing lens 9, passes through the Raman light optical fiber 5 and is dispersed in the Raman spectrometer 10 to measure the Raman spectrum, and the computer 11 vibrates the Raman spectrum at the peak. The stress distribution of the sample 4 is obtained from the shift amount at several positions, and the stress distribution is image-processed by the image processing device 11a.
ラマン分光計10において測定したラマンスペクトルから
得られた試料4の応力をコンピユータ11により処理を行
い応力分布の勾配を求め、その大きさにより順次走査ス
テツプ幅及びデータサンプリング間隔をコンピユータ11
により決定し、2個のステツピングモータ(図示せず)
を駆動することも可能である。応力分布の勾配が大きく
なるのにつれて、走査ステツプ幅及びデータサンプリン
グ間隔を小さくして行き、反対に応力分布の勾配が小さ
くなるときには、それらが大きくなるようにする。そし
て、各走査点でラマンスペクトルを測定し、コンピユー
タ11によりラマンスペクトルがピークを示す振動数位置
のシフト量から試料4の応力分布を求め、画像処理装置
11aによりその応力分布を画像処理するものである。The stress of the sample 4 obtained from the Raman spectrum measured by the Raman spectrometer 10 is processed by the computer 11, the gradient of the stress distribution is obtained, and the sequential scanning step width and the data sampling interval are determined by the magnitude thereof.
2 stepping motors (not shown)
It is also possible to drive. As the gradient of the stress distribution becomes larger, the scanning step width and the data sampling interval are made smaller. On the contrary, when the gradient of the stress distribution becomes smaller, they become larger. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, and the stress distribution of the sample 4 is obtained by the computer 11 from the shift amount of the frequency position where the Raman spectrum shows a peak.
The stress distribution is image-processed by 11a.
第3図は、ステージ6bは移動せず、試料4を載置する台
13を移動する実施例で、かかる構造のものはレーザー光
源1,ステージ6b,ラマン分光計10,走査制御・データ処理
用コンピユータ11及び画像処理装置11aが一体にできる
という効果がある。FIG. 3 shows the stage on which the sample 4 is placed without moving the stage 6b.
In the embodiment in which 13 is moved, such a structure has an effect that the laser light source 1, the stage 6b, the Raman spectrometer 10, the scanning control / data processing computer 11 and the image processing device 11a can be integrated.
第4図は、反射したレーザー光14をZ方向位置決めセン
サ12で受光し、フアイバー2及び5と試料4表面とを一
定距離に保つ実施例で、かかる構造のものはセンサ発光
部が不要となり構造が簡単になるという効果がある。FIG. 4 shows an embodiment in which the reflected laser light 14 is received by the Z-direction positioning sensor 12 and the fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 are kept at a constant distance. Has the effect of being easy.
第5図は、位置決めセンサ12にレーザーを用いた実施例
である。FIG. 5 shows an embodiment in which a laser is used as the positioning sensor 12.
同図において、位置決めセンサ12より被測定試料4表面
に照射されたレーザー光15は、被測定試料4表面までの
距離が大きいと輝点16となる。レーザー光15からの乱反
射光は、レンズ17で集光されてイメージセンサ18上の結
像点18aに結像する。被測定試料4表面までの距離が小
さくなり、試料が位置4aになると、輝点16aに移る。そ
れに伴なつてイメージセンサ18上の結像点18aは結像点1
8bへ移る。イメージセンサ18は、多数の受光素子を直線
上に並べたもので、結像点の位置を読むと位置決めセン
サ12と被測定試料4表面との距離がわかる。従つて、あ
らかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端
とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2
及び5先端と被測定試料4表面との距離がわかる。かく
して、位置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で
処理し、モータ(図示せず)を駆動させることにより、
光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表
面から一定の距離に保つことができる。そして、各走査
点でラマンスペクトルを測定し、コンピユータ11により
処理を行い応力分布を求め、画像処理装置11aにより画
像処理するものである。In the figure, the laser beam 15 emitted from the positioning sensor 12 to the surface of the sample 4 to be measured becomes a bright spot 16 when the distance to the surface of the sample 4 to be measured is large. The diffusely reflected light from the laser light 15 is condensed by the lens 17 and forms an image on the image forming point 18a on the image sensor 18. When the distance to the surface of the sample 4 to be measured becomes small and the sample reaches the position 4a, it moves to the bright spot 16a. Accordingly, the image forming point 18a on the image sensor 18 becomes the image forming point 1
Move to 8b. The image sensor 18 is formed by arranging a large number of light receiving elements on a straight line, and the distance between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 can be known by reading the position of the image forming point. Therefore, if the distance between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction is defined in advance, the optical fiber 2
And the distance between the tip of 5 and the surface of the sample 4 to be measured is known. Thus, by processing the signal from the positioning sensor 12 by the computer 11 and driving a motor (not shown),
The positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing is performed by the image processing apparatus 11a.
第6図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、レー
ザーを用いた光学的非接触方式センサの例である。同図
において、位置決めセンサ12のレーザー光源19から出射
したレーザー光20は、レンズ21及び22、ハーフミラー23
及び対物レンズ24を通つて被測定試料4表面上に直径1
μm以下に集光される。また、反射光は対物レンズ24、
ハーフミラー23及びレンズ25を通つて受光素子26に入射
する。受光素子26への入射ビーム径は、被測定試料4表
面上の輝点27の大きさにより変化し、またこの輝点27の
大きさは、対物レンズ24と被測定試料4表面との距離L
に依存する。例えば、距離Lが対物レンズ24の焦点距離
に等しいときは、輝点27の大きさは最小となり、受光素
子26への入射ビーム径も最小となる。距離Lが対物レン
ズ24の焦点距離より小さいとき又は大きいときには、輝
点27a及び入射ビーム径は増大する。このような受光素
子26への入射ビーム径と距離Lとの関係を求めておけ
ば、入射ビーム径を測定することにより距離Lを求める
ことができる。従つて、あらかじめ位置決めセンサ12と
光フアイバー2及び5先端とのZ方向の距離を明確にし
ておけば、光フアイバー2及び5先端と被測定試料4表
面との距離がわかる。かくして、位置決めセンサ12から
の信号をコンピユータ11で処理し、モータ(図示せず)
を駆動させることにより、光フアイバー2及び5のZ方
向の位置を被測定試料4表面から一定の距離に保つこと
ができる。そして、各走査点でラマンスペクトルを測定
し、コンピユータ11により処理を行い応力分布を求め、
画像処理装置11aにより画像処理するものである。The embodiment shown in FIG. 6 is an example of an optical non-contact type sensor using a laser as the positioning sensor 12. In the figure, the laser light 20 emitted from the laser light source 19 of the positioning sensor 12 includes lenses 21 and 22, and a half mirror 23.
And a diameter of 1 on the surface of the sample 4 to be measured through the objective lens 24.
It is condensed to less than μm. The reflected light is the objective lens 24,
The light enters the light receiving element 26 through the half mirror 23 and the lens 25. The diameter of the beam incident on the light receiving element 26 changes depending on the size of the bright spot 27 on the surface of the sample 4 to be measured, and the size of this bright spot 27 is the distance L between the objective lens 24 and the surface of the sample 4 to be measured.
Depends on. For example, when the distance L is equal to the focal length of the objective lens 24, the size of the bright spot 27 is minimum and the incident beam diameter on the light receiving element 26 is also minimum. When the distance L is smaller or larger than the focal length of the objective lens 24, the bright spot 27a and the incident beam diameter increase. If the relationship between the incident beam diameter to the light receiving element 26 and the distance L is obtained, the distance L can be obtained by measuring the incident beam diameter. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11, and the motor (not shown)
By driving, the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the stress distribution is obtained by processing with the computer 11,
Image processing is performed by the image processing device 11a.
第7図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、投光
・受光素子を用いた非接触方式センサを使用した場合の
例である。同図において、位置決めセンサ12の投光素子
28に電圧をかけて被測定試料4表面に光を投光する。被
測定試料4表面からの反射光29を受光素子30により受光
するようにすると、位置決めセンサ12と被測定試料4表
面との距離Lは、受光量を測定することにより求めるこ
とができる。The embodiment shown in FIG. 7 is an example in which a non-contact type sensor using a light emitting / receiving element is used as the positioning sensor 12. In the figure, the light emitting element of the positioning sensor 12
A voltage is applied to 28 to project light on the surface of the sample 4 to be measured. When the reflected light 29 from the surface of the measured sample 4 is received by the light receiving element 30, the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 can be obtained by measuring the amount of received light.
第8図は距離Lと受光量との関係を示したもので、同図
において、(ア)及び(ウ)の領域を使用すれば距離L
と受光量は直線関係で求めることができる。従つて、あ
らかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端
とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2
及び5先端と被測定試料4表面との距離がわかる。かく
して、位置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で
処理し、モータ(図示せず)を駆動させることにより、
光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表
面から一定の距離に保つことができる。そして、各走査
点でラマンスペクトルを測定し、コンピユータ11により
処理を行い応力分布を求め、画像処理装置11aにより画
像処理するものである。FIG. 8 shows the relationship between the distance L and the amount of received light. In FIG. 8, if the areas (a) and (c) are used, the distance L
And the amount of received light can be obtained in a linear relationship. Therefore, if the distance between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction is defined in advance, the optical fiber 2
And the distance between the tip of 5 and the surface of the sample 4 to be measured is known. Thus, by processing the signal from the positioning sensor 12 by the computer 11 and driving a motor (not shown),
The positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the measured sample 4. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing is performed by the image processing apparatus 11a.
第9図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、半導
体レーザーを用いた非接触方式センサを使用した場合の
例である。このセンサは、半導体レーザーへの戻り光の
位相変化により出力光を強度変調する光帰還効果を利用
したものである。同図において、位置決めセンサ12の半
導体レーザー31の出射光32が被測定試料4表面で反射し
て再び半導体レーザー31に戻ると、戻り光33の位相によ
りレーザーの出力が変化する。この強度変調された出射
光34を光電変換素子35に入射させて光出力を測定する。The embodiment shown in FIG. 9 is an example in which a non-contact type sensor using a semiconductor laser is used as the positioning sensor 12. This sensor utilizes the optical feedback effect of intensity-modulating the output light by changing the phase of the light returning to the semiconductor laser. In the figure, when the emitted light 32 of the semiconductor laser 31 of the positioning sensor 12 is reflected on the surface of the sample 4 to be measured and returns to the semiconductor laser 31, the output of the laser changes depending on the phase of the returned light 33. The intensity-modulated outgoing light 34 is made incident on the photoelectric conversion element 35, and the optical output is measured.
第10図は、位置決めセンサ12と被測定試料4表面との距
離Lと出力光パワーとの関係を示したもので、同図にお
いて、(カ)及び(ク)の領域を使用すれば距離Lと光
出力は直線関係で求めることができる。なお、第9図に
おいて、光電変換素子35からの出力をリニアライザー
(図示せず)を用いて線形化した後、その信号をコンピ
ユータ11に送るようにすると、第10図に示すものより広
範囲な領域で距離Lと光出力は直線関係で求めることが
できる。従つて、あらかじめ位置決めセンサ12と光フア
イバー2及び5先端とのZ方向の距離を明確にしておけ
ば、光フアイバー2及び5先端と被測定試料4表面との
距離がわかる。かくして、位置決めセンサ12からの信号
をコンピユータ11で処理し、モータ(図示せず)を駆動
させることにより、光フアイバー2及び5のZ方向の位
置を被測定試料4表面から一定の距離に保つことができ
る。そして各走査点でラマンスペクトルを測定し、コン
ピユータ11により処理を行い応力分布を求め、画像処理
装置11aにより画像処理するものである。FIG. 10 shows the relationship between the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured and the output light power. In FIG. 10, if the regions (f) and (h) are used, the distance L And the light output can be obtained in a linear relationship. In FIG. 9, if the output from the photoelectric conversion element 35 is linearized using a linearizer (not shown) and then the signal is sent to the computer 11, a wider range than that shown in FIG. In the area, the distance L and the light output can be obtained in a linear relationship. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. You can Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing is performed by the image processing device 11a.
第11図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、超音
波を用いた非接触方式センサを使用した場合の例であ
る。同図において、位置決めセンサ12の超音波発振器36
で発生させたパルス状の電気エネルギを超音波送波器37
に加え、これが電歪効果により超音波エネルギに変換さ
れて鉛直方向に発射される。この超音波パルス38は、空
気中を鉛直方向に伝搬して被測定試料4表面に当ると反
射されて返つて来る。これを受波器39で受け再び電気エ
ネルギに変換されて受信器40で増幅され出力される。空
気中での音速を調べておけば、このときの超音波の往復
に要する時間から位置決めセンサ12と被測定試料4表面
との距離Lがわかる。従つて、あらかじめ位置決めセン
サ12と光フアイバー2及び5先端とのZ方向の距離を明
確にしておけば、光フアイバー2及び5先端と被測定試
料4表面との距離がわかる。かくして、位置決めセンサ
12からの信号をコンピユータ11で処理し、モータ(図示
せず)を駆動させることにより、光フアイバー2及び5
のZ方向の位置を被測定試料4表面から一定の距離に保
つことができる。そして、各走査点でラマンスペクトル
を測定し、コンピユータ11により処理を行い応力分布を
求め、画像処理装置11aにより画像処理するものであ
る。The embodiment shown in FIG. 11 is an example in which a non-contact type sensor using ultrasonic waves is used as the positioning sensor 12. In the figure, the ultrasonic oscillator 36 of the positioning sensor 12 is
Pulsed electrical energy generated by the ultrasonic transmitter 37
In addition, this is converted into ultrasonic energy by the electrostrictive effect and emitted in the vertical direction. This ultrasonic pulse 38 propagates in the vertical direction in the air, and when it hits the surface of the sample 4 to be measured, it is reflected and returned. This is received by the wave receiver 39, converted into electric energy again, amplified by the receiver 40, and output. If the sound velocity in the air is checked, the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured can be known from the time required for the ultrasonic waves to reciprocate at this time. Therefore, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the positioning sensor
The signal from 12 is processed by the computer 11 and a motor (not shown) is driven to drive the optical fibers 2 and 5.
The position in the Z direction can be maintained at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing is performed by the image processing apparatus 11a.
第12図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、静電
容量型非接触方式センサを使用した場合の例である。同
図において、位置決めセンサ12の先端の測定電極41と被
測定試料4表面との間に電位を与えると電荷が蓄積さ
れ、静電容量Cは次式で表わされる。The embodiment shown in FIG. 12 is an example in which a capacitance type non-contact type sensor is used as the positioning sensor 12. In the figure, when a potential is applied between the measurement electrode 41 at the tip of the positioning sensor 12 and the surface of the sample 4 to be measured, electric charge is accumulated, and the capacitance C is expressed by the following equation.
C=(εo・εs・S)/L …(1) ここで、εo:真空の誘電率,εs:誘電体の比誘電
率,S:測定電極41の面積,L:測定電極41と被測定試料4表
面との距離。C = (ε o · ε s · S) / L (1) where ε o : dielectric constant of vacuum, ε s : relative dielectric constant of dielectric, S: area of measuring electrode 41, L: measuring electrode The distance between 41 and the surface of sample 4 to be measured.
比誘電率εs及び面積Sが一定であれば、第(1)式か
ら、静電容量Cは距離Lによつて決まる。即ち、位置決
めセンサ12と被測定試料4表面との距離Lは、静電容量
Cを測定することにより求められる。なお、本実施例で
は、同図のように測定電極41と被測定試料4表面との間
の電気力線42が均一になるようにガードリング(電極の
一種)を測定電極37の周囲に設け、該測定電極41と同電
位を与える。このガードリング43を用いることにより第
(1)式が正確に成り立つようにする。以上のことか
ら、あらかじめ位置決めセンサ12と光フアイバー2及び
5先端とのZ方向の距離を明確にしておけば、光フアイ
バー2及び5先端と被測定試料4表面との距離がわか
る。かくして、位置決めセンサ12からの信号をコンピユ
ータ11で処理し、モータ(図示せず)を駆動させること
により、光フアイバー2及び5のZ方向の位置を被測定
試料4表面から一定の距離に保つことができる。そし
て、各走査点でラマンスペクトルを測定し、コンピユー
タ11により処理を行い応力分布を求め、画像処理装置11
aにより画像処理するものである。If the relative permittivity ε s and the area S are constant, the capacitance C is determined by the distance L from the equation (1). That is, the distance L between the positioning sensor 12 and the surface of the measured sample 4 is obtained by measuring the electrostatic capacitance C. In the present embodiment, a guard ring (a type of electrode) is provided around the measurement electrode 37 so that the lines of electric force 42 between the measurement electrode 41 and the surface of the sample 4 to be measured are uniform as shown in the figure. , The same potential as that of the measurement electrode 41 is applied. By using this guard ring 43, the equation (1) is accurately established. From the above, if the distance in the Z direction between the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is defined in advance, the distance between the tips of the optical fibers 2 and 5 and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus, the signal from the positioning sensor 12 is processed by the computer 11 and the motor (not shown) is driven to keep the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. You can Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing apparatus 11
Image processing is performed by a.
第13図に示す実施例は、位置決めセンサ12として、うず
電流を用いた非接触方式センサを使用した場合の例であ
る。同図において、位置決めセンサ12のアクテイブコイ
ル44に高周波(約1MHz)電流を流して磁界45を発生させ
る。この状態で位置決めセンサ12を被測定試料4表面に
近づけると、被測定試料4表面に同心円状にうず電流が
流れアクテイブコイル44のインピーダンスが変化する。
ここで位置決めセンサ12と被測定試料4表面との距離が
小さくなれば、これに比例してコイルインピーダンスは
小さくなるので、ホイートストンブリツジを構成してコ
イルのインピーダンスを測定すれば位置決めセンサ12と
被測定試料4表面との距離がわかる。従つて、あらかじ
め位置決めセンサ12と光フアイバー2及び5先端とのZ
方向の距離を明確にしておけば、光フアイバー2及び5
先端と被測定試料4表面との距離がわかる。かくして、
位置決めセンサ12からの信号をコンピユータ11で処理
し、モータ(図示せず)を駆動させることにより、光フ
アイバー2及び5のZ方向の位置を被測定試料4表面か
ら一定の距離に保つことができる。そして、各走査点で
ラマンスペクトルを測定し、コンピユータ11により処理
を行い応力分布を求め、画像処理装置11aにより画像処
理するものである。なお、同図において、46はインアク
テイブコイルである。The embodiment shown in FIG. 13 is an example in which a non-contact type sensor using an eddy current is used as the positioning sensor 12. In the figure, a high frequency (about 1 MHz) current is passed through the active coil 44 of the positioning sensor 12 to generate a magnetic field 45. When the positioning sensor 12 is brought close to the surface of the sample 4 to be measured in this state, eddy currents flow concentrically on the surface of the sample 4 to be measured, and the impedance of the active coil 44 changes.
If the distance between the positioning sensor 12 and the surface of the sample to be measured 4 decreases, the coil impedance decreases in proportion to this. Therefore, if the Wheatstone bridge is formed and the impedance of the coil is measured, The distance from the surface of the measurement sample 4 is known. Therefore, the Z of the positioning sensor 12 and the tips of the optical fibers 2 and 5 is previously set.
If you specify the distance in the direction, the optical fibers 2 and 5
The distance between the tip and the surface of the sample 4 to be measured can be known. Thus,
By processing the signal from the positioning sensor 12 by the computer 11 and driving a motor (not shown), the positions of the optical fibers 2 and 5 in the Z direction can be kept at a constant distance from the surface of the sample 4 to be measured. . Then, the Raman spectrum is measured at each scanning point, the processing is performed by the computer 11, the stress distribution is obtained, and the image processing is performed by the image processing apparatus 11a. In the figure, 46 is an inactive coil.
上述のとおり、本発明に係る方法は、光フアイバーもし
くは試料を水平走査し、又は試料と光フアイバーとの間
隔を一定に保ちながら光フアイバーもしくは試料を水平
及び垂直走査し、ラマン散乱光をラマン分光計へ導くも
のであるから、従来不可能であつた応力が一様でなく分
布が存在する試料あるいは表面が凹凸である試料にに関
してもその応力分布を外乱を与えることなく把握する効
果がある。As described above, the method according to the present invention scans the optical fiber or the sample horizontally, or scans the optical fiber or the sample horizontally and vertically while keeping the distance between the sample and the optical fiber constant, and Raman scattered light is subjected to Raman spectroscopy. Since it leads to the measurement, it has an effect of grasping the stress distribution of a sample having a non-uniform stress distribution and a sample having an uneven surface, which has been impossible in the past, without giving a disturbance.
第1図〜第4図は本発明に係る走査型応力測定装置の説
明図で、第1図は基本実施例の模形図、第2図は基本実
施例の他の模形図、第3図は基本実施例のさらに他の模
形図、第4図は基本実施例のさらに他の模形図、第5
図,第6図,第7図,第9図,第11図,第12図,第13図
は非接触式センサーの各実施例の模形図、第8図は第7
図模形図の距離と受光量との関係図、第10図は第9図模
形図の距離と光出力との関係図である。 1,19……レーザー光源、2……レーザー光用光フアイバ
ー、3……レーザー集光レンズ、4,4a……試料、5……
ラマン光用光フアイバー、6……X-Y軸ステージ、6a…
…X-Y-Z軸ステージ、6b……ステージ、7,14,15,20……
レーザー光、8……ラマン散乱光、9……ラマン集光レ
ンズ、10……ラマン分光計、11……走査制御・データ処
理用コンピユータ、12……Z方向位置決めセンサ、13…
…載置台、16,16a,27,27a……輝点、17,21,22,25……レ
ンズ、18……イメージセンサ、18a,18b……結像点、23
……ハーフミラー、24……対物レンズ、26,30……受光
素子、28……投光素子、29……反射光、31……半導体レ
ーザー、32……出射光、33……戻り光、34……強度変調
された出射光、35……光電変換素子、36……超音波発振
器、37……超音波送波器、38……超音波、39……超音波
受波器、40……超音波受信器、41……測定電極、42……
電気力線、43……ガードリング、44……アクテイブコイ
ル、45……磁界、46……インアクテイブコイル。1 to 4 are explanatory views of a scanning type stress measuring device according to the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram of the basic embodiment, FIG. 2 is another schematic diagram of the basic embodiment, and FIG. FIG. 4 is a further schematic diagram of the basic embodiment, FIG. 4 is a further schematic diagram of the basic embodiment, and FIG.
FIG. 6, FIG. 7, FIG. 7, FIG. 9, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 are schematic diagrams of non-contact sensor examples, and FIG.
FIG. 10 is a relationship diagram between the distance and the light receiving amount in the diagram model, and FIG. 10 is a relationship diagram between the distance and the light output in the model diagram of FIG. 1,19 ... Laser light source, 2 ... Laser light fiber, 3 ... Laser condensing lens, 4, 4a ... Sample, 5 ...
Optical fiber for Raman light, 6 ... XY axis stage, 6a ...
… XYZ axis stage, 6b …… Stage, 7,14,15,20 ……
Laser light, 8 ... Raman scattered light, 9 ... Raman condenser lens, 10 ... Raman spectrometer, 11 ... Scan control / data processing computer, 12 ... Z direction positioning sensor, 13 ...
… Mounting table, 16,16a, 27,27a …… Bright spot, 17,21,22,25 …… Lens, 18 …… Image sensor, 18a, 18b …… Imaging point, 23
...... Half mirror, 24 …… Objective lens, 26,30 …… Light receiving element, 28 …… Projecting element, 29 …… Reflected light, 31 …… Semiconductor laser, 32 …… Emitted light, 33 …… Returned light, 34 ... Intensity-modulated outgoing light, 35 ... Photoelectric conversion element, 36 ... Ultrasonic oscillator, 37 ... Ultrasonic wave transmitter, 38 ... Ultrasonic wave, 39 ... Ultrasonic wave receiver, 40 ... … Ultrasonic receiver, 41 …… Measuring electrodes, 42 ……
Electric lines of force, 43 ... Guard ring, 44 ... Active coil, 45 ... Magnetic field, 46 ... Inactive coil.
Claims (1)
イバーで導き試料に照射して該試料から発生したラマン
散乱光を第2の光ファイバーでラマン分光計へ導き応力
を測定する方法において、前記ラマン散乱光を前記ラマ
ン分光計へ導き、該ラマン分光計によりラマンスペクト
ルを求め、次いでコンピュータにより該ラマンスペクト
ルがピークを示す振動数位置のシフト量から前記試料の
応力を求め、更に前記試料と前記第1及び第2の光ファ
イバーとの間隔を一定に保ちつつ前記第1の光ファイバ
ー、第2の光ファイバー若しくは前記試料を水平走査ま
たは水平及び垂直走査しながら前記応力の求めを行うこ
とにより応力分布を求めることを特徴とする走査型応力
測定方法。1. A method for measuring a stress by guiding laser light to a sample to be measured with a first optical fiber and irradiating the sample with Raman scattered light generated from the sample to a Raman spectrometer by a second optical fiber. Guide the Raman scattered light to the Raman spectrometer, determine the Raman spectrum by the Raman spectrometer, then determine the stress of the sample from the shift amount of the frequency position where the Raman spectrum shows a peak by a computer, further the sample and the The stress distribution is obtained by horizontally or vertically scanning the first optical fiber, the second optical fiber, or the sample while keeping the distance between the first and second optical fibers constant. A scanning stress measuring method characterized by the above.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61100934A JPH06100511B2 (en) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | Scanning stress measurement method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP61100934A JPH06100511B2 (en) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | Scanning stress measurement method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62259027A JPS62259027A (en) | 1987-11-11 |
| JPH06100511B2 true JPH06100511B2 (en) | 1994-12-12 |
Family
ID=14287179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61100934A Expired - Lifetime JPH06100511B2 (en) | 1986-05-02 | 1986-05-02 | Scanning stress measurement method |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH06100511B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| KR100683130B1 (en) | 2004-10-25 | 2007-02-15 | 주식회사 아이캔텍 | Device for image forming using optical fiber |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55112549A (en) * | 1979-02-22 | 1980-08-30 | Nippon Steel Corp | Laser raman remote analysis method and unit thereof |
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| JPS59230140A (en) * | 1983-06-13 | 1984-12-24 | Hitachi Ltd | Chemical species distribution measuring device |
| JPH0656367B2 (en) * | 1984-04-04 | 1994-07-27 | 株式会社日立製作所 | Solid surface condition analyzer |
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1986
- 1986-05-02 JP JP61100934A patent/JPH06100511B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS62259027A (en) | 1987-11-11 |
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