(57)【要約】      （修正有）【課題】光学的透明材料の光学品質を簡略かつコスト効率的な方法で量的かつ質的に迅速に特性評価できる方法及び装置を提供する。【解決手段】光源からの光ビーム９で透明材料１を照射して光学的欠陥から散乱光８を生じさせ、前記透明材料を、少なくとも１個の回転角（Ψｓ）を通って前記光学的欠陥中を通過する回転軸を中心に回転させ、回転軸４に対して回転している間に、内部に隔壁、輪状ミラー、輪状レンズを有する検知光学機器６を用いて受光装置３へ導き、散乱角（θｓ）における散乱光強度を測定し、測定された散乱光強度の回転軸を中心とする前記回転角に対する依存度を測定し、及び、予め測定した比較値を用いて光学的欠陥のサイズ及び又は形状を測定する。【選択図】図３
2011145277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）光源からの光により透明材料を照射して1つの光学的欠陥から散乱光を生じさせる工程、
ｂ）前記透明材料を、前記光学的欠陥中を通過する回転軸を中心に回転角（φｓ）回転させる工程、
ｃ）回転軸に対する回転中に、検知器を用いて散乱角（θｓ１）における散乱光強度を測定する工程、
ｄ）工程ｃにおいて測定された散乱光強度の回転軸を中心とする前記回転角に対する依存度を測定する工程、及び
ｅ）予め測定しておいた比較値を用いて光学的欠陥のサイズ及び又は形状を決定する工程から構成される、透明材料中の光学的欠陥の評価方法。
【請求項２】
回転軸に対する別の散乱角（θｓ２）での散乱光強度を前記方位角の関数として測定する工程と、前記散乱角（θｓ１）での散乱光強度と前記別の散乱角（θｓ２）での前記散乱光強度との差を測定して前記差から前記光学的欠陥の類型を求める工程がさらに含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
回転軸に沿って伝搬される光ビームを用いて透明材料の照射が行われることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項４】
前記光が白色光、赤外光、可視スペクトル域の波長光、紫外光、あるいは遠紫外スペクトル域の波長光であることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記光源がレーザーであることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
透明材料を光源からの光で照射して該透明材料中の光学的欠陥から散乱光を生ずるように配置される光源、
回転軸を中心として回転可能にされた、透明材料用ホールダー、
光源からの光線の通路に対する複数の散乱角（θｓ）のいずれかに向けられるように配置される散乱光検知のための検知器、
コンピュータ補助型メモリユニット、及び
検知器の空間位置及び回転角（φｓ）コンピュータ補助型メモリユニットに伝達する送信機、
から構成される透明材料中の光学的欠陥の評価装置であって、
検知器は散乱光強度を前記回転角の関数として測定し、該散乱光強度をコンピュータ補助型メモリユニットへ転送し、及びコンピュータ補助型メモリユニットは散乱光強度をそれぞれの方位回転角へ関係付けるか、割り当てることを特徴とする装置。
【請求項７】
光源からホールダーの回転軸に沿って伝搬される光ビームが発生されることを特徴とする請求項６項記載の装置。
【請求項８】
前記検知器にＣＣＤカメラ及び又はフォトダイオードアレイが含まれることを特徴とする請求項６項記載の装置。
【請求項９】
請求項１項記載の方法から構成される、レンズ、プリズム、光学窓、ＤＵＶリトグラフィー用光学部品、ステッパ、エキシマレーザー、ウェハー又はコンピュータチップ、又は前記コンピュータチップを含む集積回路又は電子回路の製造方法。
【請求項１０】
請求項６項記載の装置を用いて構成される、レンズ、プリズム、光学窓、ＤＵＶリトグラフィー用光学部品、ステッパ、エキシマレーザー、ウェハー又はコンピュータチップ、又は前記コンピュータチップを含む集積回路又は電子回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にＣＣＤ光検知装置又は他の位置決定光検知装置を用いて、欠陥によって散乱される放射線を検知することにより、特に光学用途に用いられる材料中の欠陥を確認及び評価する方法に関する。本発明はさらに、前記方法を実施するため、電磁放射源、必要に応じて旋回あるいは回転可能な材料用ホールダー、及び散乱された放射線を検知するために用いられ、かつ旋回あるいは回転可能な検知装置を備えて構成される装置にも関する。本発明はさらに、前記方法によって評価される材料の利用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光のような初期電力の高い、あるいはパルスエネルギーの高い光が関与する多くの用途において、レンズ、プリズム、マスク、ミラー、あるいはフィルター等の光学素子は特に高い品質であって必要な性質を有することが望まれる。良好な透過率に加えて均質性において適合し、さらに用途によっては気泡や封入物が極めて少ないことが要求される。
【０００３】
現在、サイズ、形状、位置等の光学的に作用する欠陥の特性やそれらの類型の判定は、気泡や封入物の判定と同様に、視覚による観察によって行われている。この目的のため、ほぼ平行な光ビームを試験サンプル中に通過させ、光ビーム中に検知される材料欠陥の大きさや位置が評価されている。これらの判定は顕微鏡を用いて行われる。しかしながら、このような試験の実施方法は時間浪費的であり、試験を実施する試験実施者に多大な集中力を課すものであり、しかもこれらの試験は暗室で実施しなければならない。さらに、この方法では推定（定性）値しか得られない。材料欠陥の大きさ及び位置について定量的な測定値は得られない。さらに、この試験方法は試験を行う個人個人の判定に基づくものであり、欠陥の形状を一般的には確認することができない。さらに、この試験方法による測定は、１０〜２０μｍより大きい材料欠陥に限定される。従って、このような方法によって、特に材料欠陥の大きさが約１μｍ以下となる最高品質規格を満たさなければならない材料について評価を行うことは不可能である。
【０００４】
散乱光を用いて粒子を検知する方法自体は既知である。例えばＤＥ １９９３２ ８７０ Ａ１には光粒子及び粒子運動分析のための装置が記載され、この装置を用いて光学的に透明な測定容量の液体媒体、ガス媒体、あるいは真空下で照明を行って、該測定容量の媒体の画像が顕微鏡に取り付けたカメラにより記録される。本装置によれば、媒体中における粒子運動及び流れの特性を検知することが可能である。しかしながら、粒子について評価することはできず、本方法では粒子の３次元的位置、類型、サイズ、及び形状等の情報を得ることはできない。
【０００５】
さらに、Ｄａｍａｓｃｈｋｅらによって報告された既知のドップラー位相差法, Appl. Optics 37: pp. 1752-1761 (1998) では粒子の形状を判定することはできず、また測定容量及び又は測定部分が極めて限定される。
【０００６】
ＧＢ ２，３７９，９７７ Ａには煙検知器において用いられる別の粒子検知方法が記載されている。この方法においては、粒子によって散乱される光の強度は、カメラを用いて一定内の測定体積多数粒子からの散乱光を加算することによって測定される。しかしながら、この種の装置では、円形粒子しか検知できず、粒子の類型や形状を測定することはできない。また、粒子の位置を正確に測定することもできない。
【０００７】
また、論文「大型光学部材中の小形封入物の検知システム」 (Ｗｏｌｆｅ, Ｒｕｎｋｅｌ), Ｐｒｏｃ. Ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ, ７１３２ (２００８)には局部欠陥（気泡及び又は封入物）の検知方法が記載されている。この方法では、レーザービームによって試験対象一定体積がスキャンされる。 レーザービームが欠陥に遭遇するや否や、カメラによって散乱光が測定される。次いで光学システムを用いて欠陥の大きさが測定される。本方法は、５μｍ未満の大きさの欠陥を検知するものの、検出された欠陥の解析には関しない難点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は光学的透明材料サンプルの光学品質を簡略かつコスト効率的な方法で量的かつ質的に迅速に特性評価できる方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明はさらに、散乱中心のサイズ、位置、及び棒状、円形、長円形などの形状をミクロンサイズ領域で、とりわけ少なくとも０．５μm程度まで量的及び質的に測定できる方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は猶さらに、極めて短時間で製造ラインへ組み入れることができる、散乱中心の明確、包括的、かつ記録可能な分析及び評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は特許請求の範囲に示された方法及び装置によって達成される。
【００１２】
本発明によれば、電磁放射ビームの放射を受けた光学透明材料中の欠陥からの散乱放射線であって一定角度範囲内において検知される該散乱放射線の強度は周期的に変動し、光散乱強度が周期的に変動する散乱放射の不規則なパターンが生ずることが見出された。前記角度範囲内の欠陥それぞれのサイズ及び形状は、サイズと散乱光強度変化頻度の相関関係から(強度及び又は変化頻度を調整することによって)測定可能である。
【００１３】
測定された散乱光強度を、回析モデルを用いて計算した強度変化の振幅及び頻度と比較することにより、測定された散乱光強度変化に伴う光学的欠陥それぞれのサイズ、形状、及び類型を判定することが可能である。かかる方法により、上記周期的変化パターンを、例えばシール面、ガイド面及びロール面にも適用されるような波形あるいは表面の周期的変化の測定を行う古典的方法を用いて特性評価することが可能である。
【００１４】
従って、本発明によれば、散乱中心又は欠陥によって引き起こされる散乱光強度変化は、電磁放射ビームの伝搬方向に延びる回転軸を中心とする材料の回転の際検知器によって測定されるか、あるいは前記回転軸を中心とする検知器の方位角回転旋回によって測定される。このようにして、散乱光は回転軸に対する一定の散乱角において評価される。散乱強度は間断のない散乱角度について、所定の円弧ｄφを通しての検知器又はサンプルの方位角回転中における方位角回転位置φの関数として測定される。散乱光調整の角度的分解能は検知器の角度段階幅及び開口数によって与えられる。実用的には、角度段階幅は０．６１°〜０．５°、及びｄφは０．１°±０．０５°の範囲内である。
【００１５】
前記回転軸又は旋回軸は電磁波ビーム、すなわちレーザービームに対応している。回転軸とビームが材料中の欠陥中を通過する場合、機械的回転軸と光照明軸との間には最小の平行なずれだけしか許容されない。
【００１６】
有用な一実施態様においては、欠陥からの散乱光は、ミラー及びレンズを用いた限定された散乱角度における画像形成によって検知器に受け取られる。有利な態様として、受け取られた散乱光は対物レンズによって検知器面上に画像化されるため、欠陥からの散乱光だけがフォトダイオード又はＳＥＶ検知器によって受け取られる。測定された散乱光強度は検知器面上に受け取られた散乱光強度の総和である。対物レンズの開口数によって受け取られる散乱光の連続角が与えられ、該開口数は方位角分解能の範囲内になければならない。
【００１７】
前記散乱光は、あらゆる種類の電磁波を照射することによって生成可能である。かかる電磁波としては、光、特に可視光、赤外光、紫外光、及び極端紫外光などが挙げられる。また、好ましくはレーザー光が用いられる。適する照射光又は励起光は平行光ビームである。照射された電磁波によって干渉波、特に輪状、放射状あるいは直線状の極性波の適するビームが生成される。レーザービームの生成に好ましいレーザーは、波長６３３ｎｍ、出力２０ｍＷ以上の強力ＨｅＮｅレーザー、及び出力５０ｍＷ以上、波長５３２ｎｍの固体レーザーである。
【００１８】
狭いレーザービームを用いて格子パターンをもつ光学材料又はテストサンプルの体積をスキャンすることが可能である。かかる方法により、測定対象である材料の全空間又は体積において、すべての欠陥のサイズ、形状及び類型を測定し、及びマッピングを行うことが可能である。
【００１９】
本発明によるさらに別の好ましい実施態様では、少なくとも１個、必要であれば数個の散乱角における欠陥によって生成される方位角分解された散乱光強度が測定される。この目的のため、前述したように、材料又はテストサンプルは一定の方位角範囲に亘る欠陥を通って延びる回転軸を中心に回転され、散乱光の強度変化が少なくとも１個の散乱角において測定される。
【００２０】
また、回転軸周囲の方位角領域に亘って該回転軸から放射状にスペースを空けて配置されている検知器を旋回あるいは回転させることも可能なことが理解されよう。本発明によって、驚くべきことに、２つの異なる散乱角についての平均散乱強度の差から欠陥の類型を識別できることが見出された。従って、対応的に異なる散乱角度において測定された各強度の差が小さければ、これは光学材料とは異なる粒子、例えば気泡や異物の封入があることを示すものである。欠陥が同一材料か、用いられる光に対してテストサンプルの材料の屈折率に匹敵する屈折率をもつ材料から生ずる場合、驚くべきことに、異なる検知角における散乱光の平均強度が大きく異なることが見出されている。このように本発明方法を用いることにより、欠陥それぞれの位置だけでなく形状及び類型を測定することが初めて可能となった。散乱角が大きくなることにより屈折率に依存した強度低下が起こることは既知のＭｉｅモデルを用いても説明可能である。平均強度の十分に測定可能な差異は、例えば好ましい散乱角がΘ１=２５±２°及びΘ２＝３０°±２°、及び又はΘ２＝３０°±２°及びΘ３＝４０°±２°である場合において、２５〜２５０、とりわけ２０〜４５の範囲内である。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様では、検知器及び又は検知器ユニットには限定された散乱角について一定の方位角範囲に亘って散乱光を集める画像光学システムが組み込まれ、方位角について分解された散乱強度が測定される。
【００２２】
前記画像光学システムには好ましくは欠陥から平行光線の束として発せられた分岐散乱光線をガイドする輪状ミラー、及び又は散乱放射を検知器ユニットへガイドする輪状に配置された多数のレンズが組み込まれる。本発明のさらに別の好ましい実施態様においては、輪状に配列される複数レンズに代えて一組の輪状レンズが配置される。１組の輪状レンズには、円形または輪状の凸レンズ面と、円形の周縁部全体に亘って一定なレンズ断面が設けられる。前記輪状ミラー及び又は輪状レンズによって集められた散乱光はさらにＣＣＤマトリックスあるいはフォトダイオードアレイ等の感光装置へ伝達される。この感光装置において、全体の方位角散乱光分布が限定された散乱角について角度分解によってリングとして画像化される。画像側の電送中心画像が保証されなければならない場合は、輪状レンズと輪状ミラーのスペースを変更して撮像光学機器面がテスト対象物の方へシフトされる。かかる方法により、テストサンプル中の異なる深さにある種々欠陥を撮像し評価することが可能である。さらに別の好ましい実施態様においては、前記輪状レンズと輪状ミラーのテストサンプルからのスペースが単一送信機を用いて測定され、コンピュータ制御された記録装置あるいはメモリユニットに直接入力される。かかる方法により、それぞれの散乱特性がテストサンプル又は光学材料中のすべて任意な点へ記憶され、相関付けられ、及びマッピングされる。
【００２３】
本発明方法を適確に実施するために用いられる本発明装置には、試験対象とされる光学材料、すなわちテストサンプルのホールダー又は支持体が含まれる。この支持体は回転軸を中心として３６０°旋回あるいは回転可能である。さらに、ホールダーには、テストサンプルを回転軸に対して置き換え可能にする装置が備えられるため、テストサンプルのどの部分をも通して光学軸を通過させることが可能である。このように構成することにより、テストサンプル又は試験対象材料の全体積をスキャンにより照射及び評価することが可能である。この目的のため、前記装置には検知器の光学軸に対するテストサンプルの実際位置をコンピュータ制御可能な記録装置あるいはメモリユニットに記憶させる送信機が組み込まれる。これにより、検知器とテストサンプルを相対的に置き換えることにより、テストサンプルの体積全体に亘る各点において方位角的に分解された散乱光強度を測定し、及び光学欠陥の類型、サイズ及び形状の３次元的マッピングを得ることが可能となる。
【００２４】
散乱光の点源型測定とは対照的に、散乱角範囲に亘って散乱光強度を測定することにより、極めて小さい及び又は大きい方向依存性散乱中心、例えばミクロンサイズ範囲の材料欠陥、とりわけサイズ０．５μmの欠陥を検知することが可能になる。Ｍｉｅモデルに従った理論的に最小な検知可能欠陥サイズは、既知である下記式から算出される。
Ｘｍ＝πｄρ／λ   但し、Ｘｍ＞０．２である。
式中、ｄρは粒子径、λは波長、及びＸｍはＭｉｅパラメータを表す。
【００２５】
前記光学的透明材料としては、例えば溶融シリカ（石英ガラス）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、硼珪酸クラウンガラス（ＢＫ７）、ＺＥＲＯＤＵＲ（登録商標）及び石英結晶が挙げられる。
【００２６】
最も好ましい実施態様では、回転軸は散乱をひき起こす材料欠陥中を通過する。これにより、材料の不良あるいは欠陥によって生ずる散乱光を、角度分解を用いて回転角度の関数として、すなわち所定の角度範囲内において撮像光学システム又はテストサンプルを回転軸を中心に回転させることにより、集め、あるいは受け取ることが可能である。このようにして、テストサンプル中の材料欠陥の類型、サイズ及び形状を、それぞれの散乱光強度を回転角に割り当て、あるいは相関付けることにより測定することが可能である。
【００２７】
好ましくは、本発明装置にはコンピュータが組み込まれる。コンピュータにより、測定散乱光強度及び送信機によって確認された散乱を生ずる欠陥の位置を記録し及び処理することが可能となる。これにより、座標系における欠陥の正確な位置、さらに散乱光分布の記録及び再現が可能となる。
【００２８】
好ましくは、撮像光学システムには、テストサンプル中あるいはテストサンプル上の入口面又は出口面からの散乱光を可能な限り少なくする制限手段が組み込まれる。この散乱光は光ビームによって発生し、画像化され、検知器へ到達する。前記制限手段は、特に好ましくは開口及び又は散乱光の通路内に配置される適当なビーム生成手段である。また、好ましくは、テストサンプルの入光面及び出光面では光ビームから散乱光は生成されない。また、特に好ましくは、散乱光を生成させないことが前記面を研磨し及びまたはそれら面を浸漬液で濡らすことによって達成され、それにより前記面において生ずる散乱による測定への影響が可能な限り小さくされる。さらに、前記制限により、好ましくはソフトウエアプログラムとして具現化された適当なアルゴリズムがコンピュータに確立される。
【００２９】
本発明のさらに別の実施態様では、回転角又は方位角全体における散乱強度の周期的変化が、表面構造又は条件を判断するための手順及び規定、及びＶＤＡ２００７（自動車工業協会ＶＤＡ、自動車特徴参考データ登録協会（ＤＦＫ）、Ｕｌｒｉｃｈｓｔｒａｓｓｅ １４，Ｄ−７４３２１ Ｂｉｅｔｉｇｈｅｉｍ−Ｂｉｓｓｅｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）に述べられているその周期的変化によって特性評価される。方位角散乱分布のぐらつき又は変化の統計的解析のためのパラメータとしては、例えば平均高ＷＤｃ、全高ＷＤｔ、平均水平波又は変化指標幅ＷＤＳｍ、さらに全体強度及び異方性が記載されている。例えば散乱光分布を含むコンピュータのデータバンクを用い、さらに人工的欠陥用のベクトルＫｉｒｃｈｈｏｆ回析モデルを補助的に用いて、理論計算曲線を用いた測定結果を概算することにより、材料欠陥のサイズ、屈折率、形状及び方位角を決定することが可能である。測定結果の比較は、好ましくは類型、サイズ及び位置の異なる材料欠陥を有するテストサンプルについて、多数の測定結果を保有して比較を容易しているサンプルライブラリを補助的に用いて行われる。
【００３０】
透過及び反射用途に利用可能な透明材料のテストサンプルの光学品質の量的測定は散乱光測定方法及び装置を用いることによって可能である。試験体へ光ビームが入射することにより、少なくとも１つ、好ましくは２つの所定散乱角又は散乱角範囲中に、散乱光及び又は方位角分解された散乱光強度が生ずる。各方位角についての散乱光強度は、散乱光範囲内において測定された散乱光強度を総和しあるいは纏めることによって測定される。
【００３１】
測定された散乱光強度分布又はその変化は、方位角及び回転角によって異なる重要な測定可能変数である。光の散乱を起こす材料欠陥の形状、サイズ、類型及び位置は、散乱光強度変化（分布）のピーク位置及び大きさから示すことができ、他方材料欠陥の位置は送信機を用いて座標中に与えることが可能である。約０．５μｍのサイズから成る材料欠陥は本発明による散乱光測定装置及び本発明による散乱光強度測定方法を用いて検知可能である。コンピュータにより測定結果及び再現可能な出力を評価し、及び測定の記録を行うことも可能である。テストサンプルの全体画像を散乱光強度の３次元検知（マッピング）によって作成することも可能である。他方、個々の材料欠陥について画像を作成することも可能である。材料不良あるいは欠陥の座標は少なくとも±０．５ｍｍの精度で検知可能であり、材料欠陥のサイズは少なくとも±０．５ｍｍの精度で測定可能である。材料欠陥は作表され、欠陥の類型に従って視覚的に説明される。最後に、表面の粗いテストサンプルと表面が研磨されたテストサンプルの双方が試験あるいは検査される。
【００３２】
材料欠陥を検知しなければならない場合、上述した散乱光測定装置及び散乱光強度測定方法はいずれも有用である。これら装置及び方法は特に融合光学に適するが、最も適するものとしてレーザー溶融に用いられる溶融シリカから成る大形パネルがある。寸法として５００×５００×５０ｍｍ３（テスト方向５０ｍｍ）までの製品についてはさらにエラーを生ずることなく測定可能である。本発明装置及び方法を用いることにより、２時間未満の時間で上記製品のテストを行うことが可能である。基本的に、本発明装置においては、厚さ２５０ｍｍ以下のテストサンプルについて測定可能である。
【００３３】
本発明はさらに撮像光学システムにも関する。この撮像光学システムを用いることにより音量単位あるいは光学的欠陥、封入物等の点状の小さな対象物をＣＣＤ装置等の感光性パネル上において検知することが可能である。撮像光学システムは輪状配列を含んで構成されている。簡略な実施態様の場合、前記システムには複数のレンズが組み込まれ、これらのレンズは輪の周縁を取り巻くように配列され、該輪の中心とコリメーターミラーの中心によって撮像光学システムの対称軸が形成される。特に好ましい実施態様では、輪状に配列された複数のレンズが単一の円形の輪状レンズ中に組み合わされる。すなわち、輪状レンズにレンズの凸面に対応する湾曲をもつ輪状のビーズ又は凸状部が設けられる。この種の輪状レンズはその周囲の各点において同一の断面形状を有する。必要に際してミラーから反射された輪状レンズへの平行な入射光線は、レンズ後方に配置された別のミラー面への輪状レンズからＣＣＤ装置又はいずれかの光感知装置へ伝搬され、これら装置によって伝搬された光線の強度が質的かつ量的に測定される。
【００３４】
本発明装置の好ましい実施態様では、該装置はコリメーターを備えて構成される。このコリメーターにより、点状対象物から発せられる分岐光線がガイドされ、これらの光線は実質的に相互に平行である。該コリメーターとしてはミラーが適当である。また、好ましくは輪状に形状化される。しかしながら、原理的に、該ミラーは２枚のみ、あるいはそれ以上の対向する小さなミラーから構成され、これらミラーによって光線は同様な方向へ向けられるため光線は互に平行となる。従ってこれらミラーはコリメーターとしての特性も有している。原則として、いかなるコリメーターもこの目的のために使用可能である。コリメーターからの平行光線はレンズへガイドされる。
【００３５】
本発明の別の好ましい実施態様では、散乱光検知光学システムにおいて、２つの輪状レンズが散乱光ビームに対して同心状に配列される。かかる構成により、２つの異なる散乱角において、同時に、あるいは時間を別にして散乱光を測定することが可能である。しかしながら、異なる散乱角度において、一方のレンズを他方の前に配置した直径の異なる２つの異なるレンズを用いて散乱光強度を測定することも可能である。
【００３６】
大形のテストサンプルを約２時間の時間間隔を空けて、本発明に従って手順によりスキャンすることも可能である。しかしながら、この場合においては、テストサンプルは好ましくは総体スキャンを受け、個々の欠陥が確認され、それらの空間的位置を突き止めることが行われる。この作業は通常２つの異なるレーザービームを用いて実施される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従った透明材料中の欠陥からの散乱光を測定するための構成の略部分透視図である。
【図２】本発明装置を構成する、輪状レンズ及び輪状コリメーターを備える撮像光学システムの略断面図である。
【図３】本発明に従った、テストサンプルからの散乱光強度の測定方法を説明するための透視図である。
【図４】材料欠陥を有するテストサンプル中を通過する光ビームからの散乱光の画像を示した図である。
【図５ａ】光学ガラス中のサイズの異なる欠陥について、３６０°の角度範囲に亘って散乱光強度の角度による変動を示したグラフである。
【図５ｂ】散乱角３０°及び４０°において、石英ガラス中の耐火性材料からの散乱について３５０°の角度範囲に亘って散乱光強度の角度による変動を示したグラフである。
【図５ｃ】散乱角３０°及び４０°において、石英ガラス中の人工的に生成させた欠陥（研磨ダスト）からの散乱について３５０°の角度範囲に亘って散乱光強度の角度による変動を示したグラフである。
【発明を実施するための手段】
【００３８】
本発明の目的、特徴及び利点について、以下に記載された好ましい実施態様を用い、添付図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００３９】
図1は散乱光測定装置の主要部の概略図である。この散乱光測定装置には画像光学システム又は検知光学機器６が含まれ、このシステム又は光学機器により、材料欠陥あるいはテストサンプル１中の光学的欠陥から散乱された矢印８で示される散乱光は受光装置又は検知器、特にCCDカメラの検知面上に画像化あるいは焦点合わせされる。テストサンプル１又は検知光学機器６は、回転軸４を中心に回転方向４０へ回転される。そのため、テストサンプル１及び撮像光学システム５を互いに異なる位置、特に回転位置へ移動させることが可能である。必要な場合、 受光装置3を撮像光学機器6と一緒に回転させることも可能である。 撮像光学機器6を回転軸4を中心に回転させることにより撮像光学機器６の回転位置を変更させることも可能である。 テストサンプル１の入口面１０上へ向けられた光ビーム は矢印９で示されている。テストサンプル１における散乱光８の出口面５上の面垂線５０も同様に矢印で示されている。光ビーム９としてはレーザー光ビームが用いられる。
【００４０】
図２は本発明装置に用いられる好ましい撮像光学システムあるいは検知光学機器６を示した図である。材料欠陥２からの散乱光は、そのうちの２本の光線８０だけが図示されているが、撮像光学システム６の輪状ミラー６１上へ向けられる。散乱光は輪状ミラー６１によって受け取られ、該ミラーによって散乱光線８０は撮像光学システム６の輪状レンズ６０中へ反射される。輪状レンズ６０にはミラー系６０１が含まれ、このミラー系によって散乱光線８０が受光装置３の検知器面３０上に画像化される。輪状レンズの内側円形面上へ向けられた光線は通常検知光学機器によっては検知されない。
【００４１】
図３は、テストサンプル１が含められた本発明装置の概略図である。光ビームはテストサンプル１の入口面１０へ向けられ、該面を通過して出口面から外へ出る。光ビーム９は前記サンプル中の材料欠陥部２において散乱される。散乱光の中心の光線８で示された散乱光はテストサンプル１から角度Θｓで出口面５の面垂線(図１参照)へ出てくる。光ビーム９の非散乱部分は光トラップあるいはビームトラップ１７中に捕獲される。散乱光８は、必要な場合には内部に隔壁を有する検知光学機器６を用いて受光装置3の検知器面３０上に画像化される。本実施態様においては、検知光学機器中にはミラー１６、対物レンズ１５及び絞り（ブラインド）１４が配備される。散乱光の出口面５の面垂線５０に対する散乱角Θｓと、対物レンズ６(図１及び３参照)の開口数によって決まる一定の散乱角度内にある散乱光は対物レンズ６によって収束可能である。散乱光は材料欠陥２から生じ、回転軸４を中心にテストサンプル１を回転させることによって、異なる散乱角及び方位角で撮像光学機器６及び受光装置３によって検知される。逆に、光ビーム入口及び出口位置を通過する回転軸４(テストサンプルの回転軸に対応)を中心に撮像光学システム６を回転させることにより、複数の方位角における散乱光を対物レンズ６によって決まる所定の散乱角範囲内に受光することも可能である。
【００４２】
図４は欠陥２のあるテストサンプルを通過する光ビームからの散乱光を示す画像である。散乱光画像は、ビーム自体の散乱光画像２４、テストサンプルの入口面の散乱光画像１８、テストサンプルの出口面の散乱光画像１９、及びテストサンプル面の欠陥による散乱光画像２１から構成される。光線の通路の深度位置は画像のｘ軸２２上に与えられ、テストサンプル中の点のスキャン間隔はｙ軸２３上に与えられている。
【００４３】
図５ａはガラス中の５つの欠陥からの散乱強度の角度による変動を３６０゜の全回転に亘って説明するための図である。すべての欠陥は、回転軸に対し同一散乱角(Θｓ＝３０°)で評価されている。欠陥が異なると方位角による散乱光強度の頻度変化あるいは周期変化の類型も異なり、平均散乱強度も欠陥の類型によって変化する。
【００４４】
図５ｂは人工的に作られた石英ガラス中の耐火性材料（耐火性クレー）から成る欠陥によって生じた散乱光の強度の角度変化を示した図である。散乱光強度は２つの異なる散乱角度、すなわちΘｓ＝３０°とΘｓ＝４０°において測定した。この場合において、これら散乱角度双方について欠陥から生ずる散乱光それぞれの強度の差は比較的小さく、すなわち５００〜６００強度単位程度しかなかった。
【００４５】
図５ｃは石英ガラス中の研磨ダストによって生ずる、すなわち異なる散乱角での前記材料の封入物からの散乱光強度の角度による変化を示した図である。散乱光強度は２つの異なる散乱角、すなわちΘｓ＝３０゜とΘｓ＝４０0°において一度ずつ測定した。この図から理解されるように、同一材料あるいは同等な屈折率をもつ材料から成る欠陥は、散乱角に依存して極めて異なる平均光散乱変化を示す。
【００４６】
本発明は特に光学用途に用いられる電磁放射に対して透明材料中の欠陥の評価方法、該方法の実施装置、及び該方法により選抜される材料として具現化されて図示及び説明されているが、本発明の精神から逸脱することなく本発明に対して種々変形及び変更を加えることが可能であることから、本発明を本願において示された詳細に限定する意図ではない。
【００４７】
上記記載において本発明の要旨はさらなる分析を要することなく十分に開示されていることから、第三者は最新技術を適用し、また従来技術の観点に立って、本発明の全体的あるいは特定の観点において必須の特徴を構成している特長を漏らすことなく本発明を種々用途へ容易に適用することが可能である。
【００４８】
本願において特許を求めている発明は新規であり、それら発明は特許請求の範囲に記載されている。
【符号の説明】
【００４９】
１：テストサンプル、材料サンプル
１０：テストサンプル中の光ビーム入口面
２：材料欠陥、封入物、気泡、コード
３：受光装置、ＣＣＤカメラ
３０：受光装置の検知器面
４：サンプル又は検知光学機器の回転軸
４０：回転方向
５：テストサンプルの出口面
５０：出口面に対する出口垂線
６：検知光学機器又は撮像光学システム
６０：輪状レンズ
６０１：ミラー系
６１：ミラー、輪状ミラー
６６：回転軸を中心とする回転中における撮像光学システムの通路
８：散乱光
８０：散乱光通路
Θｓ：散乱角、すなわち回転軸と、検知された散乱光の伝搬方向又は検知光学機器の軸との間の角度
φｓ：散乱光の方位角、すなわち回転軸の周囲の検知光学機器の軸の角度
ｇ：光ビーム、レーザービーム
１４：隔壁
１６：ミラー
１７：光トラップ
１８：テストサンプルの入口面の画像
１９：テストサンプルの出口面の画像
２１：テストサンプルの人工的に作られた欠陥の画像
２２：深度（ｍｍ）
２３：長さ（ｍｍ）
２４：光ビームの画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５(a)】
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【図５(ｂ)】
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【図５(ｃ)】
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