JP2000002690A - 超音波検出用光干渉装置 - Google Patents
超音波検出用光干渉装置Info
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- JP2000002690A JP2000002690A JP10171662A JP17166298A JP2000002690A JP 2000002690 A JP2000002690 A JP 2000002690A JP 10171662 A JP10171662 A JP 10171662A JP 17166298 A JP17166298 A JP 17166298A JP 2000002690 A JP2000002690 A JP 2000002690A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被測定物の超音波振動を光を用いて検出する超
音波検出用光干渉方法を提供する。 【解決手段】相対向する一対の半透過凹面鏡５の間に挿
入した両凸レンズ３によりにより光干渉計を構成し、上
記半透過凹面鏡５で直接反射した光と、上記光干渉計か
らの出力光を逆位相で干渉させて強度が０に近い干渉光
をつくり、干渉光を干渉光強度信号と外部参照信号との
位相差を測定して超音波振動による光周波数の変化を検
出する。
音波検出用光干渉方法を提供する。 【解決手段】相対向する一対の半透過凹面鏡５の間に挿
入した両凸レンズ３によりにより光干渉計を構成し、上
記半透過凹面鏡５で直接反射した光と、上記光干渉計か
らの出力光を逆位相で干渉させて強度が０に近い干渉光
をつくり、干渉光を干渉光強度信号と外部参照信号との
位相差を測定して超音波振動による光周波数の変化を検
出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非接触の超音波非破
壊検査において、特に高輝度光源を用いて超音波による
振動を光の周波数変化として検出する装置に関するもの
である。
壊検査において、特に高輝度光源を用いて超音波による
振動を光の周波数変化として検出する装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波検出のための光干渉計にお
いては、図５に示すように２枚の対向する半透過凹面鏡
５，５を、その曲率半径Ｆ０（焦点距離はＦ０／２）の
距離だけ離して対面させた共焦点ファブリペロー光干渉
計が使用されてきた。
いては、図５に示すように２枚の対向する半透過凹面鏡
５，５を、その曲率半径Ｆ０（焦点距離はＦ０／２）の
距離だけ離して対面させた共焦点ファブリペロー光干渉
計が使用されてきた。
【０００３】共焦点ファブリペロー光干渉計による測定
では、光源１からの光を超音波振動している被測定物２
で反射させ、反射光をレンズ３、ビームスプリッタ４を
通して干渉計に導き、干渉計からの反射光を光検出器７
で検出して、超音波のドップラーシフト効果による光周
波数の変化を測定する。干渉計からの反射光には図６に
示すように３つの成分がある。第１に入力側の半透過鏡
で直接反射された光Ｅｒｅｆ、第２に光干渉計内部で４
ｎ＋３回（ｎ≧０の整数）反射されて出力される光Ｅ
１、第３に干渉計内部で４ｎ＋１回反射された光Ｅ２で
ある。
では、光源１からの光を超音波振動している被測定物２
で反射させ、反射光をレンズ３、ビームスプリッタ４を
通して干渉計に導き、干渉計からの反射光を光検出器７
で検出して、超音波のドップラーシフト効果による光周
波数の変化を測定する。干渉計からの反射光には図６に
示すように３つの成分がある。第１に入力側の半透過鏡
で直接反射された光Ｅｒｅｆ、第２に光干渉計内部で４
ｎ＋３回（ｎ≧０の整数）反射されて出力される光Ｅ
１、第３に干渉計内部で４ｎ＋１回反射された光Ｅ２で
ある。
【０００４】一般に、入力される光ビームの径は大き
く、これら３成分を空間的に分離するのは困難であるた
め、すべて成分は光検出器で検出される。共焦点鏡の使
用により、粗面から反射された散乱光であっても自動的
に光Ｅ１は光Ｅｒｅｆと重なるため、鏡面でない被測定
物においても光干渉測定が可能であることが最大の特徴
である。
く、これら３成分を空間的に分離するのは困難であるた
め、すべて成分は光検出器で検出される。共焦点鏡の使
用により、粗面から反射された散乱光であっても自動的
に光Ｅ１は光Ｅｒｅｆと重なるため、鏡面でない被測定
物においても光干渉測定が可能であることが最大の特徴
である。
【０００５】しかし、同時に発生する光Ｅ２は、Ｅｒｅ
ｆやＥ１とは空間的に干渉性を持たず、干渉に寄与しな
い。鏡の間隔Ｌ若しくは光周波数νにたいして、光検出
器により得られる干渉光強度信号は図７に示される周期
信号となる。このとき、光干渉に寄与しないＥ２成分の
存在により、干渉光強度の最小値はゼロにならず、最大
強度値の半分にとどまる。
ｆやＥ１とは空間的に干渉性を持たず、干渉に寄与しな
い。鏡の間隔Ｌ若しくは光周波数νにたいして、光検出
器により得られる干渉光強度信号は図７に示される周期
信号となる。このとき、光干渉に寄与しないＥ２成分の
存在により、干渉光強度の最小値はゼロにならず、最大
強度値の半分にとどまる。
【０００６】被測定物より反射される光の周波数は、被
測定物の超音波振動にともなうドップラー効果によりΔ
ｆだけ変調される。この周波数変化は図７に示されるよ
うに、干渉光強度信号の振幅変化となり、信号の交流成
分を抽出することにより超音波振動を測定することがで
きる。
測定物の超音波振動にともなうドップラー効果によりΔ
ｆだけ変調される。この周波数変化は図７に示されるよ
うに、干渉光強度信号の振幅変化となり、信号の交流成
分を抽出することにより超音波振動を測定することがで
きる。
【０００７】超音波による光周波数の変化を最大の検出
感度で検出するため、干渉光強度信号を図５の信号増幅
器８で増幅して制御回路９を駆動し、図７のＡ点に干渉
光強度を維持するよう干渉計の鏡の間隔Ｌを圧電素子６
により制御する。
感度で検出するため、干渉光強度信号を図５の信号増幅
器８で増幅して制御回路９を駆動し、図７のＡ点に干渉
光強度を維持するよう干渉計の鏡の間隔Ｌを圧電素子６
により制御する。
【０００８】共焦点ファブリペロー光干渉計による超音
波の検出は、測定対象表面の性状に影響を受けにくく、
また低周波の機械的な外乱振動に対して干渉光強度信号
は影響されない。さらに、信号雑音比は光干渉計への入
力光強度の平方根に比例するため、高輝度の光源を使用
することが感度の向上につながる。（Ｂｒｏａｄｂａｎ
ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌ
ｔｒａｓｏｕｎｄ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｄｅｂ
ａｎｄ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆ
ｏｃａｌ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ：Ａｐｐｌ． Ｐｈ
ｙｓ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ．５５ ｐ．１６１２
（１９８９） ）
波の検出は、測定対象表面の性状に影響を受けにくく、
また低周波の機械的な外乱振動に対して干渉光強度信号
は影響されない。さらに、信号雑音比は光干渉計への入
力光強度の平方根に比例するため、高輝度の光源を使用
することが感度の向上につながる。（Ｂｒｏａｄｂａｎ
ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌ
ｔｒａｓｏｕｎｄ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｄｅｂ
ａｎｄ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆ
ｏｃａｌ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ：Ａｐｐｌ． Ｐｈ
ｙｓ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ．５５ ｐ．１６１２
（１９８９） ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の光
干渉装置においては、信号検出の感度を向上させるた
め、入力光の強度を大きくすると、必然的に光検出器に
入力される光量が大きくなる。そのため、光検出器が飽
和して線形性を失った領域では、微小な干渉光強度変化
に対して感度が悪くなり、光検出器の線形領域によっ
て、使用できる光源の強度が制限される重大な課題があ
った。さらに、光源の強度変化によっても、干渉光強度
が変化するため、超音波振動による光周波数の変化成分
と、光源の強度の変化成分が検出信号に混在して出力さ
れる問題点があった。
干渉装置においては、信号検出の感度を向上させるた
め、入力光の強度を大きくすると、必然的に光検出器に
入力される光量が大きくなる。そのため、光検出器が飽
和して線形性を失った領域では、微小な干渉光強度変化
に対して感度が悪くなり、光検出器の線形領域によっ
て、使用できる光源の強度が制限される重大な課題があ
った。さらに、光源の強度変化によっても、干渉光強度
が変化するため、超音波振動による光周波数の変化成分
と、光源の強度の変化成分が検出信号に混在して出力さ
れる問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するため、本発明は、一対の相対向する半透過凹面鏡
と、該２つの半透過凹面鏡の中間に挿入した両凸レンズ
により光干渉計を構成し、外部信号により位相変調した
高輝度光を光干渉計に入力し、入力側の半透過凹面鏡で
直接反射された光と、光干渉計内部で多重反射して干渉
計から出力された光を逆位相で干渉させ、光強度がゼロ
に近い干渉光を光検出器で検出した後、この干渉光強度
信号と上記外部信号との位相差を測定することにより、
高輝度光を使用して光検出器を飽和させることなく、超
音波のドップラーシフト効果による光周波数の変化成分
を出力する超音波検出用光干渉装置を提供する。
するため、本発明は、一対の相対向する半透過凹面鏡
と、該２つの半透過凹面鏡の中間に挿入した両凸レンズ
により光干渉計を構成し、外部信号により位相変調した
高輝度光を光干渉計に入力し、入力側の半透過凹面鏡で
直接反射された光と、光干渉計内部で多重反射して干渉
計から出力された光を逆位相で干渉させ、光強度がゼロ
に近い干渉光を光検出器で検出した後、この干渉光強度
信号と上記外部信号との位相差を測定することにより、
高輝度光を使用して光検出器を飽和させることなく、超
音波のドップラーシフト効果による光周波数の変化成分
を出力する超音波検出用光干渉装置を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形
態を示す概略構成図であって、光源１、被測定物２、両
凸レンズ３、ビームスプリッタ４、一対の半透過凹面鏡
５、圧電素子６、光検出器７、信号増幅器８、制御回路
９、発振器１０、光位相変調器１１、位相シフタ１２、
ミキサー１３、両凸レンズ１４により構成されている。
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形
態を示す概略構成図であって、光源１、被測定物２、両
凸レンズ３、ビームスプリッタ４、一対の半透過凹面鏡
５、圧電素子６、光検出器７、信号増幅器８、制御回路
９、発振器１０、光位相変調器１１、位相シフタ１２、
ミキサー１３、両凸レンズ１４により構成されている。
【００１２】光源１は干渉性の高い連続発振レーザを使
用する。光源１からの光を光位相変調器１１で超音波周
波数より高い周波数ｆｍで変調し、被測定物からの反射
光を光干渉計に導く。一対の半透過凹面鏡５の間隔を２
Ｆ０とし、鏡の中間点に焦点距離Ｆ０／２の両凸レンズ
１４を置く。これにより、一対の半透過凹面鏡５と両凸
レンズ１４との焦点が重なる。この際の光干渉計と多重
反射光の関係を図２に示す。
用する。光源１からの光を光位相変調器１１で超音波周
波数より高い周波数ｆｍで変調し、被測定物からの反射
光を光干渉計に導く。一対の半透過凹面鏡５の間隔を２
Ｆ０とし、鏡の中間点に焦点距離Ｆ０／２の両凸レンズ
１４を置く。これにより、一対の半透過凹面鏡５と両凸
レンズ１４との焦点が重なる。この際の光干渉計と多重
反射光の関係を図２に示す。
【００１３】半透過凹面鏡５を構成する鏡面で直接反射
した光Ｅｒｅｆと干渉計内部で反射した光Ｅ３は干渉す
るため、散乱光を干渉させる特徴は保持したままであ
る。一方、従来の共焦点ファブリペロー干渉計で発生す
るＥ２成分がないため、干渉光強度の最小値はほとんど
ゼロとなる。光検出器７で得られる干渉光強度信号はｆ
ｍの周波数成分を持ち、この信号と発振器１０からの変
調信号をミキサー１３で位相検出して両者の位相差に対
応する直流信号を作る。
した光Ｅｒｅｆと干渉計内部で反射した光Ｅ３は干渉す
るため、散乱光を干渉させる特徴は保持したままであ
る。一方、従来の共焦点ファブリペロー干渉計で発生す
るＥ２成分がないため、干渉光強度の最小値はほとんど
ゼロとなる。光検出器７で得られる干渉光強度信号はｆ
ｍの周波数成分を持ち、この信号と発振器１０からの変
調信号をミキサー１３で位相検出して両者の位相差に対
応する直流信号を作る。
【００１４】ここで、直流信号への変換効率が最大にな
るよう位相シフタ１２を調整する。間隔Ｌ、若しくは光
周波数νの変化に対して光検出器による干渉光強度信号
は図３（ａ）に示す周期信号となり、このとき位相差信
号は図３（ｂ）となる。
るよう位相シフタ１２を調整する。間隔Ｌ、若しくは光
周波数νの変化に対して光検出器による干渉光強度信号
は図３（ａ）に示す周期信号となり、このとき位相差信
号は図３（ｂ）となる。
【００１５】この位相差信号により圧電素子６を制御回
路９を介して駆動し、鏡の間隔を制御して図３（ｂ）の
Ｂ点を作動点とする。これにより、干渉光の強度がほと
んどゼロであるダークフリンジに作動点が固定される。
超音波振動によるドップラーシフトにより、位相差信号
の振幅は図３（ｂ）に示されるように変化する。また、
光源の光強度の変化は、位相差信号に影響しないため、
光周波数の変化成分だけが忠実に検出できる。
路９を介して駆動し、鏡の間隔を制御して図３（ｂ）の
Ｂ点を作動点とする。これにより、干渉光の強度がほと
んどゼロであるダークフリンジに作動点が固定される。
超音波振動によるドップラーシフトにより、位相差信号
の振幅は図３（ｂ）に示されるように変化する。また、
光源の光強度の変化は、位相差信号に影響しないため、
光周波数の変化成分だけが忠実に検出できる。
【００１６】本発明の第２の実施形態においては、第１
の実施形態で示した光源１の連続レーザ光を光増幅器１
６によりパルス的に光増幅し、大出力パルス光を被測定
物２に照射する。被測定物からのパルス反射光を第１の
実施形態と同様に光干渉計に入力する。同時に、光干渉
計をダークフリンジに固定するため、増幅前の連続光も
ビームサンプラー１５と鏡１７により光干渉計に入力す
る。そして、大出力の光を使用することにより、測定の
感度を向上させる。また、ダークフリンジが作動点であ
るため、入力光のパルス的な光量の増加は、検出信号に
影響を与えない。
の実施形態で示した光源１の連続レーザ光を光増幅器１
６によりパルス的に光増幅し、大出力パルス光を被測定
物２に照射する。被測定物からのパルス反射光を第１の
実施形態と同様に光干渉計に入力する。同時に、光干渉
計をダークフリンジに固定するため、増幅前の連続光も
ビームサンプラー１５と鏡１７により光干渉計に入力す
る。そして、大出力の光を使用することにより、測定の
感度を向上させる。また、ダークフリンジが作動点であ
るため、入力光のパルス的な光量の増加は、検出信号に
影響を与えない。
【００１７】なお、本発明によれば、光が干渉して打ち
消し合ったダークフリンジで検出を行うため、高輝度の
光源の使用においても光検出器は飽和することなく、さ
らに光源の強度変化に影響されず光周波数の変化だけを
検出する光干渉計として作用する。
消し合ったダークフリンジで検出を行うため、高輝度の
光源の使用においても光検出器は飽和することなく、さ
らに光源の強度変化に影響されず光周波数の変化だけを
検出する光干渉計として作用する。
【００１８】以上、本発明を図面に記載された実施形態
に基づいて説明したが、本発明は上記した実施形態だけ
ではなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない
限りどのようにでも実施することができる。
に基づいて説明したが、本発明は上記した実施形態だけ
ではなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない
限りどのようにでも実施することができる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、従来不可能であったフ
ァブリペロー光干渉計による高輝度光源を利用した信号
感度の向上が可能であり、また、光源の強度の変動に影
響されにくい超音波振動信号の検出が実現できる。
ァブリペロー光干渉計による高輝度光源を利用した信号
感度の向上が可能であり、また、光源の強度の変動に影
響されにくい超音波振動信号の検出が実現できる。
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光干渉計と干渉する光の成分を示
す概念図である。
す概念図である。
【図３】本発明に係る光干渉計の作動原理を説明する概
念図である。
念図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図５】従来のファブリペロー光干渉計の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図６】従来のファブリペロー光干渉計の作動原理を説
明する概念図である。
明する概念図である。
【図７】従来のファブリペロー光干渉計と干渉する光の
成分を示す概念図である。
成分を示す概念図である。
１ 光源 ２ 被測定物 ３，１４ 両凸レンズ ４ ビームスプリッタ ５ 半透過凹面鏡 ６ 圧電素子 ７ 光検出器 ８ 信号増幅器 ９ 制御回路 １０ 発振器 １１ 光位相変調器 １２ 位相シフタ １３ ミキサー １５ ビームサンプラー １６ 光増幅器 １７ 鏡
Claims (1)
- 【請求項１】 一対の相対向する半透過凹面鏡と、該２
つの半透過凹面鏡の中間に挿入した両凸レンズにより光
干渉計を構成し、外部信号により位相変調した高輝度光
を光干渉計に入力し、入力側の半透過凹面鏡で直接反射
された光と、光干渉計内部で多重反射して干渉計から出
力された光を逆位相で干渉させ、光強度がゼロに近い干
渉光を光検出器で検出した後、この干渉光強度信号と上
記外部信号との位相差を測定することにより、高輝度光
を使用して光検出器を飽和させることなく、超音波のド
ップラーシフト効果による光周波数の変化成分を出力す
ることを特徴とする超音波検出用光干渉装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171662A JP2923779B1 (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 超音波検出用光干渉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10171662A JP2923779B1 (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 超音波検出用光干渉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2923779B1 JP2923779B1 (ja) | 1999-07-26 |
| JP2000002690A true JP2000002690A (ja) | 2000-01-07 |
Family
ID=15927381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10171662A Expired - Lifetime JP2923779B1 (ja) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | 超音波検出用光干渉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923779B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7120860B1 (en) | 1998-10-20 | 2006-10-10 | Fujitsu Limited | Display control apparatus and storage medium |
| JP2011174922A (ja) * | 2010-02-09 | 2011-09-08 | Attocube Systems Ag | ファブリペロー干渉計を利用して位置を取得する装置 |
| KR101220602B1 (ko) | 2010-12-28 | 2013-01-10 | 니뽄스틸코포레이션 | 초음파 측정 장치 및 초음파 측정 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2516786B (en) * | 2012-05-03 | 2016-01-27 | Los Alamos Nat Security Llc | Acoustic camera |
-
1998
- 1998-06-18 JP JP10171662A patent/JP2923779B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7120860B1 (en) | 1998-10-20 | 2006-10-10 | Fujitsu Limited | Display control apparatus and storage medium |
| JP2011174922A (ja) * | 2010-02-09 | 2011-09-08 | Attocube Systems Ag | ファブリペロー干渉計を利用して位置を取得する装置 |
| KR101220602B1 (ko) | 2010-12-28 | 2013-01-10 | 니뽄스틸코포레이션 | 초음파 측정 장치 및 초음파 측정 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2923779B1 (ja) | 1999-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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