JP2000238491A - Non-destructively inspecting apparatus - Google Patents

Non-destructively inspecting apparatus

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JP2000238491A
JP2000238491A JP11045384A JP4538499A JP2000238491A JP 2000238491 A JP2000238491 A JP 2000238491A JP 11045384 A JP11045384 A JP 11045384A JP 4538499 A JP4538499 A JP 4538499A JP 2000238491 A JP2000238491 A JP 2000238491A
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Japan
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optical
probe light
light beam
light
probe
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JP11045384A
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Japanese (ja)
Inventor
Kikuichi Sakurai
菊一 櫻井
Yoshinobu Takeda
吉伸 竹田
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Chizai Senryaku Kenkyusho Kk
Original Assignee
Chizai Senryaku Kenkyusho Kk
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-destructively inspecting apparatus for stably, accurately, highly sensitively, non-destructively simultaneously batch collecting static or dynamic elastic characteristics of a surface to be measured and an interior near the surface in one frame without contact structure-inspecting or dynamically or statically diagnosing a flaw or the like without influence to atmospheric fluctuation or surface irregularities to be measured. SOLUTION: A non-destructively inspecting apparatus comprises a transmitting optical system for emitting an excited optical beam 14a and a probe optical beam 24a to substantially the same positions to be measured, reversely plastically deforming a surface to be measured and an interior near the surface within an elastic limit and generating an elastic vibration on the surface to be measured and the interior near the surface, and a receiving optical system for heterodyne detecting the optical beam 4a reflected at the surface to be measured to strobe photographing static and dynamic holographic images as continuous strobe dynamic image to obtain static elastic characteristics and/or dynamic elastic characteristics of the surface to be measured or under the surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊検査技術に
係り、特に、被測定対象(特に、高速道路や渠梁の構造
物、ビルディングの外壁等、直接プローブを接触させて
強度等の診断が難しいような構造物)に対して、被測定
対象の表面及び表面近傍内部についての静的・動的弾性
特性を、大気の揺らぎや被測定対象の表面凹凸に影響さ
れることなく安定・高精度・高感度に非接触・非破壊で
1フレーム同時一括収集して構造検査や探傷等を動的・
静的に診断する非破壊検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nondestructive inspection technique, and more particularly to a method for diagnosing the strength of an object to be measured (particularly, a structure such as a highway or culvert, an outer wall of a building, etc., by directly contacting a probe. For structures that are difficult to measure, the static and dynamic elastic properties of the surface of the object to be measured and the interior of the surface are stable and high without being affected by atmospheric fluctuations or surface irregularities of the object to be measured. Non-contact and non-destructive simultaneous collection of one frame at a time with high accuracy and sensitivity, and dynamic inspection and structural inspection etc.
The present invention relates to a non-destructive inspection device for performing static diagnosis.

【0002】[0002]

【従来の技術】光音響効果(Photoacousti
c Effect)は、1881年チンダル(Tynd
all)、ベル(Bell)、レントゲン(Rento
gen)らによって発見された。すなわち、図3に示す
ように、強度変調した光(断続光)P19を励起光とし
て、レンズP5により試料P7上に集光して照射する
と、光吸収領域(Vop)P21において熱が発生し、
熱拡散長(μ)P22で与えられる熱拡散領域(V
th)P23を周期的に拡散し、この熱歪波によって弾
性波(音波)が発生する現象である。上記音波、すなわ
ち光音響信号をマイクロホン(音響電気変換器)や圧電
素子を用いて、あるいは試料表面に生じた周期的熱膨張
変位を光干渉計を用いて検出し、励起光の変調周波数と
同期した信号成分を求めることにより、試料の表面及び
内部の情報を得ることができる。熱拡散長(μ)P2
2は、励起光の変調周波数をfとして、試料P7の熱
伝導率κ、密度ρ、及び比熱cより、次式で与えられ
る。
2. Description of the Related Art Photoacoustic effects (Photoacousti)
c Effect is Tynd (1881)
all), Bell, X-ray (Rento)
gen) et al. That is, as shown in FIG. 3, when the intensity-modulated light (intermittent light) P19 is used as excitation light and condensed and irradiated on the sample P7 by the lens P5, heat is generated in the light absorption region (V op ) P21. ,
The thermal diffusion region (V) given by the thermal diffusion length (μ s ) P22
th ) P23 is a phenomenon in which P23 is periodically diffused and an elastic wave (acoustic wave) is generated by the thermal strain wave. The sound wave, that is, the photoacoustic signal, is detected using a microphone (acousto-electrical transducer) or a piezoelectric element, or the periodic thermal expansion displacement generated on the sample surface is detected using an optical interferometer, and synchronized with the modulation frequency of the excitation light. By obtaining the obtained signal component, information on the surface and inside of the sample can be obtained. Thermal diffusion length ( μs ) P2
2, the modulation frequency of the excitation light as f E, the thermal conductivity of the sample P7 kappa, than the density [rho, and the specific heat c, is given by the following equation.

【0003】 μ=(κ/π・f・ρ・c) …(式1) 上記光音響信号の検出方法に関しては、例えば、文献
「非破壊検査;第36巻第10号,p.730〜p.7
36(昭和62年10月)」や「アイ・イー・イー・イ
ー1986ウルトラ・ソニックス・シンポジウム;p.
515〜p.526(1986年)(IEEE1986
ULTRASONICS SYMPOSIUM;p.
515〜p.526(1986))」において論じられ
ている(第1従来技術)。
[0003] Regarding the method of detecting μ s = (κ / π · f E · ρ · c) 1/2 ... ( Equation 1) above photoacoustic signal, for example, the document "Non-destructive testing; Vol. 36, No. 10 , P.730-p.7.
36 (October 1987) "and the" IEE 1986 Ultra Sonics Symposium; p.
515-p. 526 (1986) (IEEE 1986)
ULTRASONICS Symposium; p.
515-p. 526 (1986)) "(first prior art).

【0004】第1従来技術を、図2に基づいて説明す
る。レーザP1から出射した平行光を音響光学変調素子
(AO変調器)P2により強度変調し、その断続光、す
なわち励起光をビームエキスパンダP3により所望のビ
ーム径の平行光P19とした後、ハーフミラーP4で反
射させ、レンズP5によりXYステージP6上の試料P
7の表面に集光させる。試料P7上の集光部P21から
生じた熱歪波により音波が発生し、同時に試料P7表面
に微小な周期的熱膨張変位が生じる。この微小変位を以
下に述べるマイケルソン干渉計で検出する。レーザP8
から出射した平行光をビームエキスパンダP9により所
望のビーム径に拡大した後、ハーフミラーP10で2つ
の光路に分離し、一方はプローブ光P24としてレンズ
P5により試料P7上のP21の位置に集光させる。他
方は参照ミラーP11に照射させる。試料P7からの反
射光と参照ミラーP11からの反射光とは、ハーフミラ
ーP10上で互いに干渉し、この干渉光がレンズP12
によりフォトダイオード等の光電変換素子P13上に集
光される。光電変換された干渉強度信号はプリアンプP
14で増幅された後、ロックインアンプP16に送られ
る。ロックインアンプP16では、音響光学変調素子P
2の駆動に用いる発振器P15からの変調信号を参照信
号として、干渉強度信号に含まれる変調周波数成分だけ
が抽出される。この周波数成分がその周波数に応じた試
料P7の表面あるいは内部の情報を持つ。(式1)よ
り、変調周波数を変えることにより熱拡散長(μ)P
22を変えることができ、試料の深さ方向の情報を得る
ことができる。熱拡散領域(Vth)P23内にクラッ
ク等の内部欠陥があれば、熱膨張変位が変化し、干渉強
度信号中の変調周波数成分の振幅と、変調周波数信号に
対する位相が変化するので、その存在を知ることができ
る。XYステージP6の移動信号とロックインアンプP
16からの出力信号は計算機P17で処理され、試料上
の各点における光音響信号がモニタテレビジョン等の表
示器P18に2次元画像情報として出力される。
The first prior art will be described with reference to FIG. The parallel light emitted from the laser P1 is intensity-modulated by an acousto-optic modulator (AO modulator) P2, and the intermittent light, that is, the excitation light is converted into a parallel light P19 having a desired beam diameter by a beam expander P3. The sample P is reflected by P4, and the sample P on the XY stage P6 is reflected by the lens P5.
Light is condensed on the surface 7. A sound wave is generated by the thermal strain wave generated from the light condensing portion P21 on the sample P7, and at the same time, a minute periodic thermal expansion displacement occurs on the surface of the sample P7. This minute displacement is detected by a Michelson interferometer described below. Laser P8
After the parallel light emitted from is expanded to a desired beam diameter by a beam expander P9, it is split into two optical paths by a half mirror P10, and one is condensed as probe light P24 at a position P21 on a sample P7 by a lens P5. Let it. The other irradiates the reference mirror P11. The reflected light from the sample P7 and the reflected light from the reference mirror P11 interfere with each other on the half mirror P10.
Is focused on a photoelectric conversion element P13 such as a photodiode. The photoelectrically converted interference intensity signal is a preamplifier P
After being amplified at 14, it is sent to the lock-in amplifier P16. In the lock-in amplifier P16, the acousto-optic modulator P
Using the modulation signal from the oscillator P15 used for the drive of No. 2 as a reference signal, only the modulation frequency component included in the interference intensity signal is extracted. This frequency component has information on the surface or inside of the sample P7 corresponding to the frequency. From equation (1), by changing the modulation frequency, the thermal diffusion length (μ s ) P
22 can be changed, and information in the depth direction of the sample can be obtained. If there is an internal defect such as a crack in the thermal diffusion region (V th ) P23, the thermal expansion displacement changes, and the amplitude of the modulation frequency component in the interference intensity signal and the phase with respect to the modulation frequency signal change. You can know. Movement signal of XY stage P6 and lock-in amplifier P
The output signal from 16 is processed by a computer P17, and a photoacoustic signal at each point on the sample is output as two-dimensional image information to a display P18 such as a monitor television.

【0005】しかしながら、第1従来技術の光音響検出
方法は、非接触・非破壊で光音響信号を検出できる有効
な手段であるが、ハーフミラーP10から試料P7に至
る光路と、ハーフミラーP10から参照ミラーP11に
至る光路の間で、空気の揺らぎや振動等の外乱が生じた
場合、干渉信号が大きく変動し、光音響信号のS/N比
(Signal to Noise Ratio:信号
対雑音比)が大幅に低下するという問題点があった。
[0005] However, the photoacoustic detection method of the first prior art is an effective means capable of detecting a photoacoustic signal in a non-contact and nondestructive manner. However, the optical path from the half mirror P10 to the sample P7 and the half mirror P10 When disturbance such as air fluctuation or vibration occurs between the optical paths reaching the reference mirror P11, the interference signal greatly fluctuates, and the S / N ratio (Signal to Noise Ratio) of the photoacoustic signal is reduced. There was a problem that it was greatly reduced.

【0006】このような外乱の影響を低減する光干渉法
として、図4に示す共通光路形の干渉計が考えられる
(第2従来技術)。第2従来技術における励起光学系の
部分は、図2に示す光学系と同様である。第2従来技術
の干渉計では、レーザP8から出射した平行光をビーム
エキスパンダP9により所望のビーム径に拡大した後、
レンズP30を介し、ハーフミラーP39で反射させ
て、方解石P31a,P31b等で構成した複屈折素子
P31に入射する。複屈折素子P31では、入射光が互
いに直交する2つの偏光成分P35(実線)とP36
(破線)に分離される。レンズP32及びP5により、
偏光成分P35は試料P7上の励起光の集光点と同じ位
置P37に集光され、偏光成分P36は、それからわず
か離れた位置P38に集光される。すなわち、偏光成分
P35はプローブ光として用い、偏光成分P36は参照
光として用いる。プローブ光には、励起光の照射によっ
て生じた試料表面の熱膨張変位による位相変化が生じ
る。両反射光は再び同一光路を経た後、複屈折素子P3
1で合成され、ハーフミラーP39を透過した後、レン
ズP12によりフォトダイオード等の光電変換素子P1
3上に集光される。互いに直交する偏光成分から成るこ
の合成光は、光路中に設けた偏光板P33により偏光干
渉する。光電変換された干渉強度信号の処理は、第1従
来技術(図2)に示した光学系と全く同様であるので、
説明を省略する。
As an optical interferometer for reducing the influence of such disturbance, a common optical path type interferometer shown in FIG. 4 is conceivable (second prior art). The excitation optical system in the second prior art is the same as the optical system shown in FIG. In the interferometer of the second prior art, after the parallel light emitted from the laser P8 is expanded to a desired beam diameter by the beam expander P9,
The light is reflected by a half mirror P39 via a lens P30, and is incident on a birefringent element P31 composed of calcite P31a, P31b and the like. In the birefringent element P31, the incident light has two polarization components P35 (solid line) and P36 orthogonal to each other.
(Broken line). With the lenses P32 and P5,
The polarized light component P35 is condensed at the same position P37 as the condensing point of the excitation light on the sample P7, and the polarized light component P36 is condensed at a position P38 slightly away therefrom. That is, the polarization component P35 is used as probe light, and the polarization component P36 is used as reference light. The probe light undergoes a phase change due to the thermal expansion displacement of the sample surface caused by the irradiation of the excitation light. Both reflected lights pass through the same optical path again, and then the birefringent element P3
1, and after passing through the half mirror P39, the photoelectric conversion element P1 such as a photodiode by a lens P12.
3 is collected. This combined light composed of polarization components orthogonal to each other causes polarization interference by the polarizing plate P33 provided in the optical path. The processing of the photoelectrically converted interference intensity signal is exactly the same as the optical system shown in the first prior art (FIG. 2).
Description is omitted.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1従
来技術の光音響検出方法は、非接触・非破壊で光音響信
号を検出できる有効な手段であるが、ハーフミラーP1
0から試料P7に至る光路と、ハーフミラーP10から
参照ミラーP11に至る光路の間で、空気の揺らぎや振
動等の外乱が生じた場合、干渉信号が大きく変動し、光
音響信号のS/N(Signal/Noise)比が大
幅に低下するという問題点があった。
However, the photoacoustic detection method of the first prior art is an effective means capable of detecting a photoacoustic signal in a non-contact and nondestructive manner.
When a disturbance such as air fluctuation or vibration occurs between the optical path from 0 to the sample P7 and the optical path from the half mirror P10 to the reference mirror P11, the interference signal fluctuates greatly, and the S / N of the photoacoustic signal changes. (Signal / Noise) ratio had a problem that it dropped sharply.

【0008】一方第2従来技術の光音響検出方法では、
プローブ光P35と参照光P36とがほぼ同一の光路を
通過するため、空気の揺らぎや振動等の外乱の影響を受
けにくく、従来の方式に比べ高い検出精度が期待できる
ものの、以下に掲げる問題点があった。第1に、試料P
7のより深い情報を得ようとする場合は、励起光の強度
変調周波数fを低下させて、熱拡散長(μ)P22
で与えられる熱拡散領域(V )P23を大きくする
必要があるが、この時、変調周波数によっては、図5に
示すように、熱拡散長(μ)P22、すなわち熱膨張
変位が生じる領域がプローブ光35と参照光P36との
間隔Sよりも大きくなるケースが生じてしまう可能性が
ある結果、本来検出されるべき熱膨張変位hに対し、実
際に検出される変位がhと小さくなってしまい、光音
響信号の検出感度が低下してしまうという問題点があっ
た。また熱拡散長の増加に応じて、プローブ光P35と
参照光P36との間隔Sを大きくすることも可能である
が、空間分解能の低下という新たな問題点が生じてしま
う。第2に、図6に示すように、試料P7の表面P40
が粗面あるいは微小な凹凸を有している場合、プローブ
光P35及び参照光P36の両反射光が散乱し、コヒー
レンスが低下してしまい、熱膨張変位による位相変化を
正確に検出することが困難になるという問題点があっ
た。さらに加えて、第1従来技術及び第2従来技術の光
音響検出方法は、共通して以下に掲げる問題点があっ
た。第1に、XYステージP6を移動させながら試料P
7の表面P40をプローブ光35で2次元スキャニング
して1画面の静止イメージ(静的弾性特性の診断情報)
を作成するため、1画面の静止イメージの光学的解像度
(空間的解像度)がプローブ光P35のビーム径程度と
なってしまうという問題点があった。特に被測定対象
(特に、高速道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁
等、直接プローブを接触させて強度等の診断が難しいよ
うな構造物)に対して、構造検査や探傷等を高精度・高
感度で非接触・非破壊で実行するようなケースでは高い
解像度が要求されるが、1画面の静止イメージ(静的弾
性特性の診断情報)の高解像度化とフレーム作成時間が
トレード・オフの関係にあるため、高い解像度の要求に
答えてプローブ光35のビーム径を小さくした場合、1
画面の静止イメージ(静的弾性特性の診断情報)を構成
する画素数が2乗の割合で増加してしまう結果、1画面
の静止イメージ(静的弾性特性の診断情報)を構成する
ための所要時間が2乗の割合で増加してしまうといった
律則状態が発生してしまうという問題点があった。例え
ば、1画面の静止イメージを構成する画素数1000×
1000、1画素の処理時間=10μsとすると、1画
面の静止イメージのフレーム作成時間は10秒程度とな
り、プローブ光35のビーム径を1/2に小さくした場
合、1画面の静止イメージを構成する画素数2000×
2000、1画素の処理時間=10μsとすると、1画
面の静止イメージのフレーム作成時間が4倍になってし
まう。その結果、内部欠陥(傷)の大きさや存在する深
度、内部欠陥(傷)の成長可能性(すなわち、今後内部
欠陥が成長して大きくなるか否か)等に対する静的弾性
特性(例えば、振動モードの定常特性など)の診断をリ
アルタイムで行うことが難しいというという問題点があ
った。第2に、XYステージP6を移動させながら試料
P7の表面P40をプローブ光35で2次元スキャニン
グして1画面の静止イメージ(静的弾性特性の診断情
報)を作成するため、吸収波長依存性や熱拡散領域依存
性を求めるためにプローブ光35のレーザ波長や変調周
波数を所定範囲でスイープしてスペクトル特性を求める
ことを考えた場合、1画面の静止イメージ(静的弾性特
性の診断情報)のフレーム作成時間が更に増加してしま
うという問題点があった。例えば、前述の条件で、レー
ザ波長を10点(スイープではない)とした場合、1画
面の静止イメージを構成する画素数1000×1000
とすると1画面の静止イメージのフレーム作成時間は1
00秒程度となり、1画面の静止イメージを構成する画
素数2000×2000とすると、1画面の静止イメー
ジのフレーム作成時間が4倍(400秒程度)になって
しまう。この状態で、変調周波数を10点(スイープで
はない)とした場合、1画面の静止イメージを構成する
画素数1000×1000とすると1画面の静止イメー
ジのフレーム作成時間は1000秒程度となり、1画面
の静止イメージを構成する画素数2000×2000と
すると、1画面の静止イメージのフレーム作成時間が4
倍(4000秒程度、なんと1画面)になってしまう。
その結果、内部欠陥(傷)の大きさや存在する深度、内
部欠陥(傷)の成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が
成長して大きくなるか否か)等に対する動的弾性特性
(例えば、振動モード特性、スペクトル特性、励起波長
依存性、変調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特性
など)の診断をリアルタイムで行うことが難しいという
問題点があった。
On the other hand, in the photoacoustic detection method of the second prior art,
Since the probe light P35 and the reference light P36 pass through substantially the same optical path, they are less susceptible to disturbances such as air fluctuations and vibrations, and can be expected to have higher detection accuracy than the conventional method, but have the following problems. was there. First, sample P
7, the intensity modulation frequency f E of the excitation light is lowered to obtain a thermal diffusion length (μ s ) P22.
It is necessary to increase the thermal diffusion region (V t h) P23 given by, at this time, depending on the modulation frequency, as shown in FIG. 5, the thermal diffusion length (mu s) P22, i.e. thermal expansion displacement occurs region results that may occur is larger case than the distance S between the reference light P36 and the probe light 35 with respect to thermal expansion displacement h to be detected originally, displacement and h D actually detected There is a problem that the size of the photoacoustic signal is reduced and the detection sensitivity of the photoacoustic signal is reduced. In addition, it is possible to increase the interval S between the probe light P35 and the reference light P36 in accordance with the increase in the thermal diffusion length, but a new problem of lowering the spatial resolution occurs. Second, as shown in FIG. 6, the surface P40 of the sample P7
Has rough surfaces or minute irregularities, the reflected light of the probe light P35 and the reflected light of the reference light P36 are scattered, and coherence is reduced, making it difficult to accurately detect a phase change due to thermal expansion displacement. There was a problem of becoming. In addition, the photoacoustic detection methods of the first and second prior arts have the following problems in common. First, the sample P is moved while moving the XY stage P6.
7 surface P40 is two-dimensionally scanned with the probe light 35 to obtain a still image of one screen (diagnosis information of static elastic characteristics)
However, there is a problem that the optical resolution (spatial resolution) of a still image on one screen is about the beam diameter of the probe light P35. In particular, high-precision structural inspections, flaw detection, etc. are performed on objects to be measured (especially structures such as highways and culverts, and building outer walls, etc., where it is difficult to diagnose the strength by direct probe contact). -High resolution is required for non-contact / non-destructive execution with high sensitivity, but trade-off between high resolution of still image on one screen (diagnosis information of static elasticity) and frame creation time Therefore, if the beam diameter of the probe light 35 is reduced in response to the demand for high resolution,
As the number of pixels constituting a still image of a screen (diagnosis information of static elastic characteristics) increases at a rate of a square, the number of pixels constituting one still image (diagnosis information of static elastic characteristics) is required. There is a problem that a law state occurs in which the time increases at the rate of the square. For example, the number of pixels constituting a still image of one screen is 1000 ×
If the processing time of 1000 and 1 pixel is 10 μs, the frame creation time of a still image of one screen is about 10 seconds. When the beam diameter of the probe light 35 is reduced to half, a still image of one screen is formed. 2000x pixels
If the processing time of 2000 and one pixel is 10 μs, the frame creation time of a still image of one screen is quadrupled. As a result, the static elasticity characteristics (for example, vibration) of the size and depth of the internal defect (scratch), the growth possibility of the internal defect (scratch) (ie, whether or not the internal defect grows and grows in the future), etc. However, there is a problem that it is difficult to make a diagnosis of the steady-state characteristics of the mode in real time. Secondly, since the surface P40 of the sample P7 is two-dimensionally scanned with the probe light 35 while moving the XY stage P6 to create a still image (diagnosis information of static elasticity) of one screen, the absorption wavelength dependence and In order to obtain the spectral characteristics by sweeping the laser wavelength and the modulation frequency of the probe light 35 within a predetermined range in order to obtain the dependence on the thermal diffusion region, a still image (diagnosis information of static elastic characteristics) of one screen is considered. There is a problem that the frame creation time further increases. For example, when the laser wavelength is set to 10 points (not a sweep) under the above-described conditions, the number of pixels constituting a still image of one screen is 1000 × 1000.
Then, the frame creation time of a still image of one screen is 1
When the number of pixels constituting a still image of one screen is 2000 × 2000, the frame creation time of a still image of one screen is quadrupled (about 400 seconds). In this state, when the modulation frequency is set to 10 points (not a sweep), if the number of pixels constituting a still image of one screen is set to 1000 × 1000, the frame creation time of a still image of one screen is about 1000 seconds, and one screen is obtained. Assuming that the number of pixels constituting a still image is 2000 × 2000, the frame creation time of a still image of one screen is 4
Double (about 4000 seconds, how much a screen).
As a result, the dynamic elasticity characteristics (for example, vibration) of the size and depth of the internal defect (scratch) and the growth possibility of the internal defect (scratch) (that is, whether or not the internal defect grows in the future). There is a problem that it is difficult to diagnose in real time the mode characteristics, the spectral characteristics, the excitation wavelength dependence, the modulation frequency dependence, and the transient characteristics thereof.

【0009】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題としており、特に、被測定対象(特に、
高速道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接
プローブを接触させて強度等の診断が難しいような構造
物)に対して、被測定対象の表面及び表面近傍内部につ
いての静的・動的弾性特性を、大気の揺らぎや被測定対
象の表面凹凸に影響されることなく安定・高精度・高感
度に非接触・非破壊で1フレーム同時一括収集して構造
検査や探傷等を動的・静的に診断する非破壊検査装置を
提供する点にある。
An object of the present invention is to solve such a conventional problem. In particular, an object to be measured (particularly,
For structures where it is difficult to diagnose the strength etc. by directly contacting a probe, such as a highway or a ditch structure, or the outer wall of a building, etc.) , Dynamic, structural inspection, flaw detection, etc. by simultaneously collecting one frame of non-contact, non-destructive, stable, high accuracy, high sensitivity without being affected by atmospheric fluctuations or surface irregularities of the object to be measured -It is to provide a non-destructive inspection device that performs static diagnosis.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の要旨は、直接プローブを接触させることが難しいよう
な被測定対象の表面及び表面近傍内部についての静的・
動的弾性特性を、大気の揺らぎや被測定対象の表面凹凸
に影響されることなく安定・高精度・高感度に非接触・
非破壊で1フレーム同時一括収集して構造検査や探傷等
を動的・静的に診断する非破壊検査装置であって、前記
被測定対象の略同一位置に励起光ビーム及びプローブ光
ビームを照射し、当該被測定対象の表面及び表面近傍内
部に当該励起光ビームに応じた光音響信号を発生させ、
当該光音響信号によって前記被測定対象の表面及び表面
近傍内部に摂動を与え、表面及び表面近傍内部を弾性限
界内で可逆的に塑性変形させ、当該表面及び表面近傍内
部に弾性振動を生起する送信光学系と、前記被測定対象
で反射されてきた前記プローブ光ビームを受光し、当該
受光したプローブ光ビームを、当該受光したプローブ光
ビームが照射された測定面内全体に渡って光学的に連続
したイメージ形態で一括して同時に光ヘテロダイン検波
して連続ストロボ動画としての静的・動的ホログラフィ
ックイメージを生成し、当該光ヘテロダイン検波時に生
成・出力されるビート周波数をストロボ周波数として当
該静的・動的ホログラフィックイメージをストロボ撮影
し、当該静的・動的ホログラフィックイメージの情報に
基づいて前記被測定対象の表面や表面下における弾性構
造評価や探傷結果の評価に係る前記静的弾性特性及び/
または前記動的弾性特性を求める受信光学系とを有する
ことを特徴とする非破壊検査装置に存する。また本発明
の請求項2に記載の要旨は、前記静的弾性特性は前記被
測定対象の表面及び表面近傍内部についての振動モード
の定常特性を含むことを特徴とする請求項1に記載の非
破壊検査装置に存する。また本発明の請求項3に記載の
要旨は、前記動的弾性特性は、前記被測定対象の表面及
び表面近傍内部についての振動モード特性、スペクトル
特性、励起波長依存性、変調周波数依存性、あるいはこ
れらの過渡特性の少なくともいずれかを含むことを特徴
とする請求項1に記載の非破壊検査装置に存する。また
本発明の請求項4に記載の要旨は、前記弾性振動に主因
して前記プローブ光ビームに重畳される光学的変調の状
態は、前記光ビート動画信号における位相シフト及び/
または前記ビート周波数を含むことを特徴とする請求項
1に記載の非破壊検査装置に存する。また本発明の請求
項5に記載の要旨は、前記受信光学系は、前記被測定対
象で反射されてきた前記プローブ光ビームを受信し、前
記表面及び表面近傍内部に生起される前記弾性振動に主
因して当該プローブ光ビームに重畳される光ビート動画
信号を、前記励起光ビームを参照光とする前記光ヘテロ
ダイン検波である光混合検波を用いて検知し、当該検出
した光ビート動画信号をストロボ周期とし光学的変調の
度合いをホログラフィックイメージとする連続ストロボ
動画である前記静的・動的ホログラフィックイメージを
生成・出力する光ヘテロダイン干渉光学系と、前記静的
・動的ホログラフィックイメージを前記ストロボ周期に
基づいて受光して光電変換信号を生成・出力するととも
に、当該静的・動的ホログラフィックイメージの可視化
を行う画像表示系と、前記静的・動的ホログラフィック
イメージに基づいて、前記被測定対象の表面及び表面近
傍内部における傷・内部欠陥の大きさ若しくは存在する
深度、及び/または傷・内部欠陥の成長可能性を含む前
記静的弾性特性及び/または前記動的弾性特性の解析・
診断を、前記静的・動的ホログラフィックイメージ(連
続ストロボ動画)の前記ストロボ周期に同期してリアル
タイムで実行する解析・診断処理系とを有することを特
徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載の非破壊
検査装置に存する。また本発明の請求項6に記載の要旨
は、前記送信光学系は、所定の第1変調周波数及び/ま
たは所定の第1パルス変調度で変調された所定の第1波
長を有する励起光を所定径のビーム状にコリメーション
してターゲットとなる前記被測定対象の表面に照射する
励起光送信光学系と、所定の第2変調周波数及び/また
は所定の第2パルス変調度に応じてパルス変調された第
2波長λを有するプローブ光を第2ビーム径のビーム
状にコリメーションして前記プローブ光ビームを生成す
るとともに、前記励起光ビームを照射する前記被測定対
象の表面と略同一位置に当該プローブ光ビームを照射す
るプローブ光送信光学系とを備えることを特徴とする請
求項2乃至5のいずれか一項に記載の非破壊検査装置に
存する。また本発明の請求項7に記載の要旨は、前記励
起光送信光学系は、所定波長、所定パワーの励起光を生
成・出力する励起光生成手段と、前記励起光生成手段が
生成・出力する励起光を前記第1変調周波数で所定のパ
ルス変調度で変調して出力するものであって、所定の第
1同期信号に同期して前記第1変調周波数及び前記パル
ス変調度に応じた変調処理を行うための駆動信号を生成
・出力する駆動用ドライバと、前記第1同期信号に同期
して駆動信号に応じた変調を行った後の励起光を生成・
出力する電気光学素子を備えた励起光用位相変調手段
と、前記第1同期信号に同期して駆動信号に応じた変調
を行った後の励起光を、前記被測定対象上の観測エリア
に応じたビーム断面積を有する平行光である前記励起光
ビームに変換する励起光ビーム生成手段と、前記励起光
ビーム生成手段でコリメーションされた前記励起光ビー
ムを所定面に偏向させるミラーとを有することを特徴と
する請求項6に記載の非破壊検査装置に存する。また本
発明の請求項8に記載の要旨は、前記励起光の前記第1
パルス変調度と前記プローブ光の前記第2パルス変調度
とは独立して設定されていることを特徴とする請求項6
に記載の非破壊検査装置に存する。また本発明の請求項
9に記載の要旨は、前記励起光生成手段は、前記第1波
長として200nm程度の近紫外波長乃至100μm程
度の遠赤外波長領域を励起光の波長範囲とする少なくと
も1種類以上の励起光用レーザを備えることを特徴とす
る請求項6に記載の非破壊検査装置に存する。また本発
明の請求項10に記載の要旨は、前記プローブ光送信光
学系は、前記第2波長、所定パワーのプローブ光を生成
・出力するプローブ光用レーザであるプローブ光生成手
段と、前記プローブ光生成手段が生成・出力するプロー
ブ光を前記第2変調周波数で前記第2パルス変調度に応
じてパルス変調して出力するものであって、前記第2同
期信号に同期して前記第2変調周波数及び/または前記
第2パルス変調度に応じた変調処理を行うための駆動信
号を生成・出力する駆動用ドライバと、前記第2同期信
号に同期して駆動信号に応じた変調を行った後のプロー
ブ光を生成・出力する電気光学素子を備えたプローブ光
用位相変調手段と、前記第2同期信号に同期して駆動信
号に応じた変調を行った後のプローブ光を、前記被測定
対象上の観測エリアに応じた前記第2ビーム径を有する
平行光である前記プローブ光ビームに変換して出力する
プローブ光ビーム生成手段と、前記プローブ光ビーム生
成手段から出射した前記プローブ光ビームを2分すると
ともに、当該2分した一方のプローブ光ビームを参照光
として前記光ヘテロダイン干渉光学系に与え、当該2分
した他方のプローブ光ビームを合波手段に与えるプロー
ブ光分割手段と、前記励起光送信光学系の前記ミラーか
ら受け取った前記励起光ビームと前記プローブ光分割手
段から受け取ったプローブ光ビームを同一光軸上に重ね
合わせて前記被測定対象上の観測エリアに照射する合波
手段とを有することを特徴とする請求項1乃至9のいず
れか一項に記載の非破壊検査装置に存する。また本発明
の請求項11に記載の要旨は、前記プローブ光生成手段
は、前記第2波長として200nm程度の近紫外波長乃
至100μm程度の遠赤外波長領域を励起光の波長範囲
とする少なくとも1種類以上の励起光用レーザを備える
ことを特徴とする請求項10に記載の非破壊検査装置に
存する。また本発明の請求項12に記載の要旨は、前記
受信光学系は、前記励起光ビームのエネルギーを受けて
前記被測定対象の光吸収領域や熱拡散長で決まる表面下
近傍から出射される前記光音響信号に応じた変調を受け
た前記プローブ光ビームを前記被測定対象上の観測エリ
アから反射されるレーザ光の中から選択して前記光ヘテ
ロダイン干渉光学系に導き、前記光ヘテロダイン干渉光
学系内に設けられた複屈折光学結晶内で光ヘテロダイン
検波を実行し、プローブ光のビーム断面内で2次元的な
分布特性を有する前記位相シフト及び前記ビート周波数
を有する前記光ビート動画信号を光混合検波により生起
して前記画像表示系に与えるように構成されていること
を特徴とする請求項4乃至11のいずれか一項に記載の
非破壊検査装置に存する。また本発明の請求項13に記
載の要旨は、前記被測定対象上の観測エリアから反射さ
れるレーザ光をレンズで集光するとともに、集光したレ
ーザ光をコリメータでコリメーションして後段の波長選
択手段に与える受光手段と、前記受光手段から受け取っ
たレーザ光の中に含まれる前記光音響信号に応じた変調
を受けた前記プローブ光ビームを少なくとも選択して後
段の前記光ヘテロダイン干渉光学系に与える波長選択手
段と、前記波長選択手段から受け取った前記光音響信号
に応じた変調を受けた前記プローブ光ビームと前記参照
光としてのプローブ光ビームとを、所定のブラッグ回折
角を有する複屈折光学手段内で干渉させて光ヘテロダイ
ン検波を実行し、プローブ光のビーム断面内の2次元的
な分布特性を有する前記位相シフト及び前記ビート周波
数を有する前記光ビート動画信号を光ヘテロダイン検波
(光混合検波、光ビート検波)によって生起して画像表
示系に与える前記光ヘテロダイン干渉光学系とを有する
ことを特徴とする請求項12に記載の非破壊検査装置に
存する。また本発明の請求項14に記載の要旨は、前記
光ヘテロダイン干渉光学系は、干渉ミラーと共にマイケ
ルソン干渉光学系を構成し、前記光音響信号に応じた変
調を受けたプローブ光ビームを前記波長選択手段から受
け取るとともに、前記プローブ光分割手段から前記参照
光としてのプローブ光ビームを受け取り、当該光音響信
号に応じた変調を受けたプローブ光ビームと当該参照光
としてのプローブ光ビームとを前記複屈折光学手段内で
直交・干渉させて前記光混合検波を実行して前記光ビー
ト動画信号を出力するように構成されていることを特徴
とする請求項13に記載の非破壊検査装置に存する。ま
た本発明の請求項15に記載の要旨は、前記複屈折光学
手段は、複屈折光学結晶を含むことを特徴とする請求項
14に記載の非破壊検査装置に存する。また本発明の請
求項16に記載の要旨は、前記複屈折光学結晶は、ビス
マス・シリコン酸化物の光学結晶を含むことを特徴とす
る請求項14に記載の非破壊検査装置に存する。また本
発明の請求項17に記載の要旨は、前記複屈折光学結晶
は、方解石の光学結晶を含むことを特徴とする請求項1
4に記載の非破壊検査装置に存する。また本発明の請求
項18に記載の要旨は、前記解析・診断処理系は、前記
画像形成手段から受け取った前記静的・動的ホログラフ
ィックイメージを第4同期信号に同期してサンプリング
し、前記静的弾性特性及び/または前記動的弾性特性の
解析や診断に用いる前記静的・動的ホログラフィックイ
メージに係るデータを生成・出力するデータ収集手段を
備えることを特徴とする請求項2乃至17のいずれか一
項に記載の非破壊検査装置に存する。
The gist of the first aspect of the present invention is to provide a method for measuring static and internal characteristics of the surface of an object to be measured and the vicinity of the surface where it is difficult to directly contact the probe.
The dynamic elasticity is stable, high precision and high sensitivity without being affected by atmospheric fluctuations and surface irregularities of the object to be measured.
A non-destructive inspection device that collectively collects one frame at a time in a non-destructive manner and dynamically and statically diagnoses structural inspection, flaw detection, etc., and irradiates an excitation light beam and a probe light beam to substantially the same position of the measured object. Generating a photoacoustic signal corresponding to the excitation light beam inside the surface and near the surface of the object to be measured,
A perturbation is applied to the surface and the vicinity of the surface of the object to be measured by the photoacoustic signal, the surface and the vicinity of the surface are reversibly plastically deformed within the elastic limit, and an elastic vibration is generated in the surface and the vicinity of the surface. An optical system, receives the probe light beam reflected by the object to be measured, and optically continuously transmits the received probe light beam over the entire measurement surface irradiated with the received probe light beam; At the same time, optical heterodyne detection is performed at the same time to generate a static / dynamic holographic image as a continuous strobe moving image, and the beat frequency generated / output at the time of the optical heterodyne detection is used as the strobe frequency to obtain the static / dynamic The dynamic holographic image is shot with a strobe, and the measured The static elastic properties according to the evaluation of the elastic structural evaluation and testing results of the surface and subsurface of the subject and /
Alternatively, there is provided a nondestructive inspection apparatus having a receiving optical system for obtaining the dynamic elasticity characteristics. The gist of claim 2 of the present invention is that the static elasticity characteristic includes a steady-state characteristic of a vibration mode on the surface of the object to be measured and inside the vicinity of the surface. Exists in destructive inspection equipment. The gist of claim 3 of the present invention is that the dynamic elasticity property is a vibration mode property, a spectrum property, an excitation wavelength dependency, a modulation frequency dependency, or a vibration mode property on the surface of the object to be measured and inside the vicinity of the surface. The nondestructive inspection apparatus according to claim 1, wherein at least one of these transient characteristics is included. The gist of claim 4 of the present invention is that the state of the optical modulation superimposed on the probe light beam mainly due to the elastic vibration is a phase shift and / or a phase shift in the optical beat moving image signal.
Alternatively, the non-destructive inspection device according to claim 1 includes the beat frequency. The gist of claim 5 of the present invention is that the receiving optical system receives the probe light beam reflected by the object to be measured, and receives the probe light beam on the surface and inside the vicinity of the surface due to the elastic vibration. The optical beat moving image signal mainly superimposed on the probe light beam is detected by using optical mixing detection which is the optical heterodyne detection using the excitation light beam as a reference light, and the detected optical beat moving image signal is stroboscopically detected. An optical heterodyne interference optical system that generates and outputs the static / dynamic holographic image which is a continuous strobe moving image with a period and a degree of optical modulation as a holographic image, and the static / dynamic holographic image Generates and outputs photoelectric conversion signals by receiving light based on the strobe cycle, and visualizes the static and dynamic holographic images. Based on the image display system to be performed and the static / dynamic holographic image, the size or depth of the flaw / internal defect and / or the flaw / internal defect on the surface and inside the vicinity of the surface of the measured object Analysis of the static elastic properties and / or the dynamic elastic properties including growth potential
5. An analysis / diagnosis processing system which executes diagnosis in real time in synchronization with the strobe cycle of the static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image). A non-destructive inspection apparatus according to one of the above aspects. The gist of claim 6 of the present invention is that the transmission optical system transmits a pump light having a predetermined first wavelength modulated at a predetermined first modulation frequency and / or a predetermined first pulse modulation factor. An excitation light transmitting optical system for collimating into a beam having a diameter and irradiating the surface of the object to be measured as a target, and pulse-modulated according to a predetermined second modulation frequency and / or a predetermined second pulse modulation degree. The probe light having the second wavelength λ 2 is collimated into a beam having a second beam diameter to generate the probe light beam, and the probe is located at substantially the same position as the surface of the object to be irradiated with the excitation light beam. The non-destructive inspection apparatus according to any one of claims 2 to 5, further comprising a probe light transmission optical system that emits a light beam. The gist of claim 7 of the present invention is that the pumping light transmitting optical system generates and outputs pumping light having a predetermined wavelength and a predetermined power, and the pumping light generating unit generates and outputs the pumping light. A modulation process for modulating the pump light with the first modulation frequency at a predetermined pulse modulation factor and outputting the same, in synchronization with a predetermined first synchronization signal, a modulation process according to the first modulation frequency and the pulse modulation factor. A driving driver for generating and outputting a driving signal for performing the driving, and generating and outputting pumping light after performing modulation in accordance with the driving signal in synchronization with the first synchronization signal.
An excitation light phase modulation unit having an electro-optical element for outputting, and an excitation light after performing modulation according to a drive signal in synchronization with the first synchronization signal, according to an observation area on the object to be measured. An excitation light beam generating means for converting the excitation light beam, which is a parallel light having a beam cross section, into a predetermined surface, and a mirror for deflecting the excitation light beam collimated by the excitation light beam generation means to a predetermined surface. A non-destructive inspection apparatus according to claim 6. The gist of claim 8 of the present invention resides in that the first
7. The pulse modulation degree and the second pulse modulation degree of the probe light are set independently.
The non-destructive inspection device described in the above. The gist of claim 9 of the present invention is that the pumping light generating means sets at least one wavelength range of the pumping light from a near ultraviolet wavelength of about 200 nm to a far infrared wavelength range of about 100 μm as the first wavelength. The non-destructive inspection apparatus according to claim 6, wherein a plurality of types of excitation light lasers are provided. The gist of claim 10 of the present invention resides in that the probe light transmitting optical system is a probe light generating means which is a probe light laser for generating and outputting a probe light of the second wavelength and a predetermined power; The probe light generated and output by the light generation means is pulse-modulated at the second modulation frequency in accordance with the second pulse modulation degree and output, and the second modulation is performed in synchronization with the second synchronization signal. A driver for generating and outputting a drive signal for performing a modulation process according to a frequency and / or the second pulse modulation degree, and after performing a modulation according to the drive signal in synchronization with the second synchronization signal A probe light phase modulating means having an electro-optical element for generating and outputting the probe light; and a probe light after performing modulation in accordance with a drive signal in synchronization with the second synchronization signal, to the measurement object. upper A probe light beam generating means for converting the probe light beam into a parallel light beam having the second beam diameter corresponding to the measurement area and outputting the probe light beam, and bisecting the probe light beam emitted from the probe light beam generating means A probe light splitting means for providing the one of the two divided probe light beams as reference light to the optical heterodyne interference optical system and providing the other of the two divided probe light beams to a multiplexing means; Multiplexing means for superimposing the excitation light beam received from the mirror of the system and the probe light beam received from the probe light splitting means on the same optical axis and irradiating the observation area on the object to be measured. The non-destructive inspection device according to any one of claims 1 to 9, wherein: The gist of claim 11 of the present invention is that the probe light generating means sets at least one wavelength range of near-ultraviolet wavelength of about 200 nm to far-infrared wavelength range of about 100 μm as the second wavelength. The nondestructive inspection apparatus according to claim 10, further comprising at least one kind of laser for excitation light. Further, the gist of the twelfth aspect of the present invention is that the receiving optical system receives the energy of the excitation light beam and emits the light from the vicinity of a surface determined by a light absorption region and a thermal diffusion length of the measured object. The probe light beam modulated according to the photoacoustic signal is selected from laser light reflected from an observation area on the measured object and guided to the optical heterodyne interference optical system, and the optical heterodyne interference optical system is selected. Optical heterodyne detection is performed in a birefringent optical crystal provided in the optical fiber, and the optical beat moving image signal having the phase shift and the beat frequency having a two-dimensional distribution characteristic in the beam cross section of the probe light is optically mixed. The non-destructive inspection apparatus according to any one of claims 4 to 11, wherein the non-destructive inspection apparatus is configured to be generated by detection and applied to the image display system. The gist of claim 13 of the present invention is that a laser beam reflected from an observation area on the object to be measured is condensed by a lens, and the condensed laser beam is collimated by a collimator to select a subsequent wavelength. A light receiving means provided to the light receiving means, and at least the probe light beam modulated in accordance with the photoacoustic signal contained in the laser light received from the light receiving means is selected and provided to the optical heterodyne interference optical system at a subsequent stage. Wavelength selecting means, the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal received from the wavelength selecting means and the probe light beam as the reference light, birefringent optical means having a predetermined Bragg diffraction angle Performing optical heterodyne detection by interfering in the phase shift and the phase shift having a two-dimensional distribution characteristic in the beam cross section of the probe light. 13. The optical heterodyne interference optical system which generates the optical beat moving image signal having a target frequency by optical heterodyne detection (optical mixed detection and optical beat detection) and provides the optical beat video signal to an image display system. The non-destructive inspection device described in the description. The gist of claim 14 of the present invention is that the optical heterodyne interference optical system constitutes a Michelson interference optical system together with an interference mirror, and the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal transmits the wavelength of the probe light beam to the wavelength. The probe light beam received as the reference light from the probe light splitting means is received from the selection means, and the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal and the probe light beam as the reference light are combined with each other. 14. The nondestructive inspection apparatus according to claim 13, wherein the optical mixing motion detection is performed by orthogonally and interfering with each other in the refraction optical means to output the optical beat moving image signal. The gist of the present invention resides in a non-destructive inspection device according to claim 14, wherein the birefringent optical means includes a birefringent optical crystal. The gist of claim 16 of the present invention resides in a nondestructive inspection apparatus according to claim 14, wherein the birefringent optical crystal includes an optical crystal of bismuth silicon oxide. The gist of claim 17 of the present invention is characterized in that the birefringent optical crystal includes a calcite optical crystal.
4. The non-destructive inspection device according to item 4. The gist of claim 18 of the present invention is that the analysis / diagnosis processing system samples the static / dynamic holographic image received from the image forming means in synchronization with a fourth synchronization signal, 18. A data collection means for generating and outputting data relating to the static / dynamic holographic image used for analyzing and diagnosing static elastic characteristics and / or the dynamic elastic characteristics. The non-destructive inspection device according to any one of the above.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に示す実施形態の特徴は、被
測定対象60(特に、高速道路や渠梁の構造物、ビルデ
ィングの外壁等、直接プローブを接触させて強度等の診
断が難しいような構造物)に対して、被測定対象60の
表面及び表面近傍内部についての静的弾性特性(例え
ば、振動モードの定常特性など)や動的弾性特性(例え
ば、振動モード特性、スペクトル特性、励起波長依存
性、変調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特性な
ど)の解析・診断を、ビーム断面内の2次元的な分布特
性を有する位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ス
トロボ周波数)に基づいて静的・動的ホログラフィック
イメージ(連続ストロボ動画)を用いてリアルタイム・
短時間で実行し、大気の揺らぎや被測定対象60の表面
凹凸に影響されることなく安定・高精度・高感度に非接
触・非破壊で1フレーム同時一括収集(例えば、ストロ
ボ周波数=30Hzとすれば、1フレーム当たり1/3
0秒)して構造検査や探傷等を動的・静的に診断する点
に特徴を有している。また、被測定対象60の表面や光
吸収領域Vopや熱拡散長μ(熱拡散領域(Vth
で決まる表面下近傍における弾性構造や傷・内部欠陥6
2に関する静的・動的ホログラフィックイメージ(連続
ストロボ動画)を、ビート周波数Δfに応じたリアルタ
イム処理下で可視化したその場観測によって生成でき、
可視化には既存の市販の画像形成手段をそのまま活用で
き、特に、傷・内部欠陥62に対する静的・動的ホログ
ラフィックイメージでは、傷・内部欠陥62の成長可能
性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きくなるか否
か)の診断を実行できる点に特徴を有している。これに
より、従来のように測定面内でレーザビームを2次元ス
キャニングしてドット・イメージを合成する方式に代え
て、測定面内全体に渡って光学的に連続したイメージ形
態で一括して同時に光学処理して静的・動的ホログラフ
ィックイメージ(連続ストロボ動画)をビート周波数Δ
fに応じてリアルタイムでストロボ撮影(ストロボ周波
数=ビート周波数Δf)するので、被測定対象60の表
面や表面下における弾性構造評価や探傷結果の評価を、
ビート周波数Δfに応じてリアルタイムで可視化したそ
の場観測によって実現できるといった効果を奏する。以
下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The features of the embodiment described below are that the object to be measured 60 (especially, the structure of a highway or culvert, the outer wall of a building, etc., is hardly diagnosed by directly contacting a probe with the probe, etc.). Elastic structure (e.g., steady-state vibration mode characteristics) and dynamic elastic characteristics (e.g., vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation Analysis and diagnosis of wavelength dependency, modulation frequency dependency, or their transient characteristics) are performed based on the phase shift Δψ having two-dimensional distribution characteristics in the beam cross section and the beat frequency Δf (= strobe frequency). Real-time and dynamic holographic images (continuous strobe animation)
Executes in a short time and collects one frame simultaneously in a stable, high-accuracy, high-sensitivity non-contact and non-destructive manner without being affected by fluctuations in the atmosphere or surface irregularities of the measured object 60 (for example, a strobe frequency of 30 Hz). Then 1/3 per frame
(0 seconds) and dynamically and statically diagnose structural inspections and flaw detection. In addition, the surface of the measured object 60, the light absorption region V op and the thermal diffusion length μ s (thermal diffusion region (V th ))
Structure and scratches / internal defects 6 near the surface below the surface determined by
2 can be generated by in-situ observation visualized under real-time processing corresponding to the beat frequency Δf,
For visualization, existing commercially available image forming means can be used as it is. Particularly, in the case of static / dynamic holographic images for the scratches / internal defects 62, the growth potential of the scratches / internal defects 62 (that is, It is characterized in that it is possible to execute a diagnosis of whether or not the size becomes larger. As a result, instead of the conventional method of two-dimensionally scanning the laser beam within the measurement plane to synthesize a dot image, the optical beam is simultaneously and collectively formed in an optically continuous image form over the entire measurement plane. Processes static and dynamic holographic images (continuous strobe video) to beat frequency Δ
Since the flash photography (flash frequency = beat frequency Δf) is performed in real time according to f, the evaluation of the elastic structure and the flaw detection result on the surface and under the surface of the measured object 60 can be performed.
There is an effect that it can be realized by in-situ observation visualized in real time according to the beat frequency Δf. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0012】図1は本発明にかかる非破壊検査装置の一
実施形態を説明するための光学システム図である。図1
を参照すると、本実施形態の非破壊検査装置は、被測定
対象60(特に、高速道路や渠梁の構造物、ビルディン
グの外壁等、直接プローブを接触させて強度等の診断が
難しいような構造物)に励起光ビーム(平行光)14a
及びプローブ光ビーム(平行光)24aを照射する送信
光学系と、被測定対象60で反射されてきたレーザ光を
受信して被測定対象60の表面及び表面近傍内部につい
ての静的弾性特性(例えば、振動モードの定常特性な
ど)や動的弾性特性(例えば、振動モード特性、スペク
トル特性、励起波長依存性、変調周波数依存性、あるい
はこれらの過渡特性など)を求める受信光学系を備えて
いる。
FIG. 1 is an optical system diagram for explaining an embodiment of the nondestructive inspection apparatus according to the present invention. FIG.
The non-destructive inspection apparatus according to the present embodiment includes a structure to be measured 60 (particularly, a structure such as a highway or a ditch structure, or an outer wall of a building, etc., in which it is difficult to diagnose strength and the like by directly contacting a probe. Excitation light beam (parallel light) 14a
A transmission optical system for irradiating a probe light beam (parallel light) 24a, and a laser beam reflected by the measured object 60, and a static elastic characteristic (for example, on the surface of the measured object 60 and inside the vicinity of the surface) And a receiving optical system for obtaining dynamic elastic characteristics (for example, vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation wavelength dependence, modulation frequency dependence, or transient characteristics thereof).

【0013】送信光学系は、励起光送信光学系とプロー
ブ光送信光学系を備えている。励起光送信光学系は、所
定の第1変調周波数fで所定のパルス変調(第1パル
ス変調度δ)された励起光(第1波長λ)を所定径
(第1ビーム径φ)のビーム状にコリメーションして
ターゲットとなる被測定対象60の表面に照射する光学
系であって、励起光生成手段(励起光用レーザ)10、
励起光用位相変調手段(電気光学素子(EO)、駆動用
ドライバ)12、励起光ビーム生成手段(励起光用コリ
メータ)14、ミラー16、タイミング制御手段(ファ
ンクションジェネレータ)44を中心にして構成されて
いる。これにより、被測定対象60(特に、高速道路や
渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接プローブを
接触させて強度等の診断が難しいような構造物)に対し
て、構造検査や探傷等を高解像度・高精度・高感度で非
接触・非破壊で実行できるようになる。
The transmission optical system includes an excitation light transmission optical system and a probe light transmission optical system. The pumping light transmission optical system converts the pumping light (first wavelength λ 1 ) that has been subjected to predetermined pulse modulation (first pulse modulation degree δ 1 ) at a predetermined first modulation frequency f 1 to a predetermined diameter (first beam diameter φ 1). ) Is an optical system that collimates into a beam and irradiates the surface of the target 60 to be measured, which is a target.
Excitation light phase modulation means (electro-optical element (EO), driving driver) 12, excitation light beam generation means (excitation light collimator) 14, mirror 16, timing control means (function generator) 44 ing. This makes it possible to perform structural inspection, flaw detection, and the like on the measurement target 60 (particularly, a structure such as a highway or culvert structure, or an outer wall of a building, or the like, which is difficult to diagnose with strength by directly contacting a probe). Can be executed with high resolution, high accuracy, high sensitivity, and without contact.

【0014】励起光の第1パルス変調度δとプローブ
光の第2パルス変調度δとは独立して設定可能であ
る。励起光の第1波長λは、第1変調周波数fにお
ける被測定対象60の物性(主に音響特性)、光吸収
長、熱伝搬領域、さらに加えて、伝播する大気の状態
(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被測定対象60の表
面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象の種類・材質等を
考慮して最適な波長に選択されている。すなわち、励起
光としてパルス変調光(第1パルス変調度δ、励起波
長(第1波長)λ、第1変調周波数f)を用い、被
測定対象60の表面及び表面近傍内部に励起光ビーム1
4aに応じた光音響信号64を発生させ、この光音響信
号64によって活性化された被測定対象60の表面及び
表面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)からの弾性振動
を光ビート動画信号36a(位相シフトΔψ及びビート
周波数Δf(=ストロボ周波数))を用いて検知してい
るので、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、傷
・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠陥
が成長して大きくなるか否か)等の静的弾性特性(例え
ば、振動モードの定常特性など)や動的弾性特性(例え
ば、振動モード特性、スペクトル特性、励起波長依存
性、変調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特性な
ど)の解析・診断を、静的・動的ホログラフィックイメ
ージ(連続ストロボ動画)を用いてリアルタイム・短時
間で実行できるようになる。換言すれば、被測定対象6
0の表面及び表面近傍内部に励起光ビーム14aに応じ
た光音響信号64を発生させ、この光音響信号64によ
って被測定対象60の表面及び表面近傍内部(特に傷・
内部欠陥62)に摂動を与え、表面及び表面近傍内部
(特に傷・内部欠陥62)を弾性限界内で可逆的に塑性
変形させ、このときに表面及び表面近傍内部(特に傷・
内部欠陥62)に生起される弾性振動(フォノンを含む
光音響信号66の一種)によって生じるブルリアン散乱
やレーリー散乱等の音響・弾性散乱現象やアコースティ
ックエミッション(AE)に主因してプローブ光ビーム
24aに重畳されると考えられるドップラーシフト等の
光学的変調の状態(すなわち、光ビート動画信号36a
(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ストロボ周
波数)))を光ヘテロダイン検波(光混合検波、光ビー
ト検波)で検知し、検出した光ビート動画信号36a
(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ストロボ周
波数))の光学的変調の度合いに基づいて傷・内部欠陥
62の大きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の成長
可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きくなる
か否か)等の静的弾性特性(例えば、振動モードの定常
特性など)や動的弾性特性(例えば、振動モード特性、
スペクトル特性、励起波長依存性、変調周波数依存性、
あるいはこれらの過渡特性など)の解析・診断を、静的
・動的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)
を用いてリアルタイム・短時間で実行できるようにな
る。また、励起光の第1パルス変調度δ、励起波長
(第1波長)λ、第1変調周波数fを、被測定対象
60の物性(主に音響特性)、光吸収長、熱伝搬領域、
さらに加えて、伝播する大気の状態(揺らぎ、気温、湿
度、気圧等)、被測定対象60の表面状態(荒れや微小
凹凸)、検査対象の種類・材質等を考慮して自在に変更
できるので、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深
度、傷・内部欠陥62の成長方向等の静的弾性特性の診
断を実行できるようになる。同様に、プローブ光は、伝
播する大気の状態(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被
測定対象60の表面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象
の種類・材質等を考慮するとともに、励起光による測定
場を乱さないような第2波長λとパワーPに最適化
されているので、被測定対象60の表面及び表面近傍内
部についての静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診断
情報や静的弾性特性の診断情報を解像度良く遠隔検出で
きるようになる。
The first pulse modulation degree δ 1 of the excitation light and the second pulse modulation degree δ 2 of the probe light can be set independently. The first wavelength λ 1 of the excitation light depends on the physical properties (mainly acoustic characteristics) of the measured object 60 at the first modulation frequency f 1 , the light absorption length, the heat propagation region, and further, the state of the propagating atmosphere (fluctuation, The optimum wavelength is selected in consideration of the temperature, humidity, atmospheric pressure, etc., the surface state (roughness and minute unevenness) of the measurement target 60, the type and material of the inspection target, and the like. In other words, pulse modulated light (first pulse modulation degree δ 1 , pump wavelength (first wavelength) λ 1 , first modulation frequency f 1 ) is used as the pump light, and the pump light is applied to the surface of the measured object 60 and the vicinity of the surface. Beam 1
A photoacoustic signal 64 corresponding to the optical beat moving signal 36a generated by the photoacoustic signal 64 corresponding to the elastic vibration from the surface of the measured object 60 and the vicinity of the surface (particularly, the scratches / internal defects 62) activated by the photoacoustic signal 64a. (Phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)), the size and depth of the flaw / internal defect 62 and the growth potential of the flaw / internal defect 62 (that is, the feasibility of the flaw / internal defect 62 in the future) Dynamic elasticity (eg, vibration mode characteristic, spectral characteristic, excitation wavelength dependence, modulation frequency dependence) , Or their transient characteristics) can be analyzed and diagnosed in real time and in a short time using static and dynamic holographic images (continuous strobe moving images). . In other words, the measured object 6
A photoacoustic signal 64 corresponding to the excitation light beam 14a is generated on the surface and near the surface of the object 60.
The internal defect 62) is perturbed to reversibly plastically deform the surface and the interior near the surface (especially the scratch / internal defect 62) within the elastic limit.
The probe light beam 24a is mainly due to acoustic / elastic scattering phenomena such as burrian scattering and Rayleigh scattering and acoustic emission (AE) caused by elastic vibration (a kind of photoacoustic signal 66 including phonons) generated in the internal defect 62). The state of optical modulation such as Doppler shift that is considered to be superimposed (ie, optical beat moving image signal 36a
(Phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)) are detected by optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection), and the detected optical beat moving image signal 36a
Based on the degree of optical modulation of (phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)), the size and depth of the flaw / internal defect 62 and the growth possibility of the flaw / internal defect 62 (that is, internal flaws in the future) Static elasticity (eg, steady state of vibration mode, etc.) and dynamic elasticity (eg, vibration mode characteristic,
Spectral characteristics, excitation wavelength dependence, modulation frequency dependence,
Or analysis and diagnosis of these transient characteristics, etc., using static and dynamic holographic images (continuous strobe video)
And can be executed in real time and in a short time. Further, the first pulse modulation factor δ 1 , the excitation wavelength (first wavelength) λ 1 , and the first modulation frequency f 1 of the excitation light are determined by changing the physical properties (mainly acoustic characteristics), the light absorption length, and the heat propagation of the measured object 60. region,
In addition, the state can be freely changed in consideration of the state of the propagating atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, pressure, etc.), the surface state (roughness or minute unevenness) of the measured object 60, and the type and material of the inspection object. In addition, diagnosis of static elastic characteristics such as the size and depth of the flaw / internal defect 62 and the growth direction of the flaw / internal defect 62 can be performed. Similarly, the probe light takes into account the state of the atmosphere (fluctuations, temperature, humidity, pressure, etc.) that propagates, the surface state (roughness and minute irregularities) of the measured object 60, the type and material of the inspection object, and the like. Since the second wavelength λ 2 and the power P 2 are optimized so as not to disturb the measurement field due to light, analysis of static elasticity and dynamic elasticity of the surface of the measured object 60 and the inside near the surface is performed. This makes it possible to remotely detect diagnostic information and static elastic characteristic diagnostic information with high resolution.

【0015】図1を参照すると、励起光生成手段10
は、所定波長(第1波長λ)、所定パワーの励起光を
生成・出力する励起光用レーザである。本実施形態で
は、200nm程度の近紫外波長乃至100μm程度の
遠赤外波長領域を励起光の波長範囲としているため、エ
キシマレーザ(波長200〜300nm程度)、チタン
・サファイアレーザ(波長1060nm程度)等の固体
レーザ、アルゴンレーザ(波長515nm)、CO
ーザ(波長10.6nm程度)、CHOHレーザ(波
長118nm程度)、HCNレーザ(波長337nm程
度)等のガスレーザ、及びこれらと組み合わせて構成さ
れた色素レーザ等を用いている。これにより、被測定対
象60の表面及び表面近傍内部に励起光ビーム14aに
応じた光音響信号64を発生させ、この光音響信号64
によって被測定対象60の表面及び表面近傍内部(特に
傷・内部欠陥62)に摂動を与え、表面及び表面近傍内
部(特に傷・内部欠陥62)を弾性限界内で可逆的に塑
性変形させ、このときに表面及び表面近傍内部(特に傷
・内部欠陥62)に生起される弾性振動(フォノンを含
む光音響信号66の一種)によって生じるブルリアン散
乱やレーリー散乱等の音響・弾性散乱現象やアコーステ
ィックエミッション(AE)を発生させることができ
る。その結果、弾性振動やAEに主因してプローブ光ビ
ーム24aに重畳されると考えられるドップラーシフト
等の光学的変調の状態(すなわち、光ビート動画信号3
6a(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ストロ
ボ周波数)))を光ヘテロダイン検波(光混合検波、光
ビート検波)で検知し、検出した光ビート動画信号36
a(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ストロボ
周波数))の光学的変調の度合いに基づいて傷・内部欠
陥62の大きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の成
長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きくな
るか否か)等の静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診
断を静的・動的ホログラフィックイメージ(連続ストロ
ボ動画)を用いてリアルタイム・短時間で実行できるよ
うになる。
Referring to FIG. 1, the excitation light generating means 10
Is an excitation light laser that generates and outputs excitation light having a predetermined wavelength (first wavelength λ 1 ) and predetermined power. In the present embodiment, since the wavelength range of the excitation light is a near ultraviolet wavelength range of about 200 nm to a far infrared wavelength range of about 100 μm, an excimer laser (wavelength of about 200 to 300 nm), a titanium-sapphire laser (wavelength of about 1060 nm), or the like is used. the solid-state laser, argon laser (wavelength 515 nm), CO 2 laser (wavelength of about 10.6 nm), CH 3 OH laser (wavelength of about 118 nm), gas laser such as HCN laser (wavelength of about 337 nm), and is constructed in combination with these A dye laser or the like is used. As a result, a photoacoustic signal 64 corresponding to the excitation light beam 14a is generated on the surface of the measured object 60 and inside the vicinity of the surface.
This causes a perturbation to the surface of the measured object 60 and the inside near the surface (especially the scratches / internal defects 62), and reversibly plastically deforms the surface and the inside near the surface (especially the scratches / internal defects 62) within the elastic limit. Acoustic and elastic scattering phenomena, such as burrian scattering and Rayleigh scattering, and acoustic emission (sometimes caused by elastic vibration (a type of photoacoustic signal 66 including phonons) generated on the surface and in the vicinity of the surface (especially, scratches / internal defects 62)) AE) can occur. As a result, the state of optical modulation such as Doppler shift which is considered to be superimposed on the probe light beam 24a mainly due to elastic vibration or AE (that is, the optical beat moving image signal 3
6a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)) is detected by optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection), and the detected optical beat moving image signal 36
a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)) based on the degree of optical modulation, the size and depth of the flaw / internal defect 62, and the growth potential of the flaw / internal defect 62 (that is, Analysis and diagnosis of static and dynamic elastic properties (whether or not a defect grows and becomes larger) can be performed in real time and in a short time using static and dynamic holographic images (continuous strobe moving images). Become like

【0016】励起光用位相変調手段(図中でE/Oと表
記)12は、励起光生成手段10が生成・出力する励起
光を第1変調周波数fで所定のパルス変調(第1パル
ス変調度δ)に応じたパルス変調)を実行して出力す
るものであって、タイミング制御手段(ファンクション
ジェネレータ)44からの第1同期信号44aに同期し
て第1変調周波数f及び第1パルス変調度δに応じ
た変調処理を行うための駆動信号を生成・出力する駆動
用ドライバと、第1同期信号44aに同期して駆動信号
に応じた変調を行った後の励起光を生成・出力する電気
光学素子(EO)を備えている。励起光用位相変調手段
12が生成・出力する励起光をEとすると、 E=A・exp{−i・δ・sin(ω・t+ψ)} (第1式 ) で表すことができる。ここで、Aは振幅、iは虚数演
算子、ωは角周波数(=2π・f)、tは時間、ψ
は位相を意味している。
The excitation light phase modulating means (E / O and denoted in the figure) 12, a predetermined pulse modulation (first pulse excitation light at a first modulation frequency f 1 to excitation light generation means 10 generates and outputs a and outputs running pulse modulation) in accordance with the degree of modulation [delta] 1), the first modulation frequency f 1 and the first in synchronization with the first synchronizing signal 44a from the timing control means (function generator) 44 generating a driving driver generates and outputs a drive signal for performing modulation processing corresponding to the pulse modulation factor [delta] 1, the excitation light after the modulation in accordance with the drive signal in synchronization with the first synchronizing signal 44a -It has an output electro-optical element (EO). When the excitation light excitation light phase modulation means 12 for generating and outputting a E 1, E 1 = A 1 · exp {-i · δ 1 · sin (ω 1 · t + ψ 1)} represented by numerical formula (1) be able to. Here, A 1 is amplitude, i is an imaginary operator, ω 1 is angular frequency (= 2π · f 1 ), t is time, ψ
1 means phase.

【0017】励起光ビーム生成手段(励起光用コリメー
タ)14は、第1同期信号44aに同期して駆動信号に
応じた変調を行った後の励起光E{δ,ω,t,
ψ}を、被測定対象60(特に、高速道路や渠梁の構
造物、ビルディングの外壁等、直接プローブを接触させ
て強度等の診断が難しいような構造物)上の観測エリア
に応じたビーム断面積(第1ビーム径φ)を有する平
行光(励起光ビーム14a)に変換する光学素子であっ
て、コリメータを中心にして構成されている。
The pumping light beam generating means (pumping light collimator) 14 modulates the pumping light E 1 {δ 1 , ω 1 , ω 1 , ω 1 , ω 1 , ω 1 after performing modulation according to the drive signal in synchronization with the first synchronization signal 44 a.
{ 1 } is determined according to the observation area on the object 60 to be measured (particularly, a structure such as a highway or culvert structure, an outer wall of a building, or the like, in which it is difficult to diagnose the strength by directly contacting a probe). An optical element for converting into a parallel light (excitation light beam 14a) having a beam cross-sectional area (first beam diameter φ 1 ), which is configured around a collimator.

【0018】ミラー16は、励起光ビーム生成手段(励
起光用コリメータ)14でコリメーションされた励起光
ビーム14a(第1変調周波数f、第1位相ψ、第
1ビーム径φ)を合波手段(合波用ビームスプリッタ
(BS))28の所定面に偏向させるための光学素子で
ある。
The mirror 16 combines the excitation light beam 14a (first modulation frequency f 1 , first phase 1 1 , first beam diameter φ 1 ) collimated by the excitation light beam generation means (excitation light collimator) 14. This is an optical element for deflecting the light to a predetermined surface of the wave means (combining beam splitter (BS)) 28.

【0019】プローブ光送信光学系は、所定の第2変調
周波数fで第2パルス変調度δに応じたパルス変調
されたプローブ光(第2波長λ)を所定径(第2ビー
ム径φ)のビーム状にコリメーションしてプローブ光
ビーム24a(第2変調周波数f、第2位相ψ、第
2ビーム径φ)を生成するとともに、励起光ビーム1
4a(第1変調周波数f、第1位相ψ、第1ビーム
径φ)を照射する被測定対象60の表面と同じ位置に
照射する光学系であって、プローブ光生成手段(プロー
ブ光用レーザ)20、プローブ光用位相変調手段(電気
光学素子(EO)、駆動用ドライバ)22、プローブ光
ビーム生成手段(プローブ光用コリメータ)24、プロ
ーブ光分割手段(プローブ光用ビームスプリッタ(B
S))26、合波手段(合波用ビームスプリッタ(B
S))28、タイミング制御手段(ファンクションジェ
ネレータ)44を中心にして構成されている。
The probe light transmitting optical system converts the probe light (second wavelength λ 2 ) pulse-modulated according to the second pulse modulation factor δ 2 at a predetermined second modulation frequency f 2 into a predetermined diameter (second beam diameter). φ 2 ) to generate a probe light beam 24 a (a second modulation frequency f 2 , a second phase ψ 2 , a second beam diameter φ 2 ) and a pump light beam 1
4a (a first modulation frequency f 1 , a first phase ψ 1 , a first beam diameter φ 1 ) is an optical system that irradiates the same position as the surface of the measurement target 60 irradiating the probe light generation means (probe light Laser) 20, probe light phase modulation means (electro-optical element (EO), driving driver) 22, probe light beam generating means (probe light collimator) 24, probe light splitting means (probe light beam splitter (B
S)) 26, multiplexing means (multiplexing beam splitter (B
S)), and a timing control means (function generator) 44 as a center.

【0020】これにより、被測定対象60(特に、高速
道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接プロ
ーブを接触させて強度等の診断が難しいような構造物)
に対して、構造検査や探傷等を高解像度・高精度・高感
度で非接触・非破壊で実行できるようになる。すなわ
ち、表面及び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)を
弾性限界内で可逆的に塑性変形させたときに表面及び表
面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)に生起される弾性
振動(フォノンを含む光音響信号66の一種)によって
生じるブルリアン散乱やレーリー散乱等の音響・弾性散
乱現象やアコースティックエミッション(AE)等をド
ップラーシフト等の光学的変調の状態(すなわち、光ビ
ート動画信号36a(位相シフトΔψ及びビート周波数
Δf(=ストロボ周波数)))を遠隔から検知するプロ
ーブ手段を実現できる。その結果、プローブ光ビーム2
4aに重畳される光ビート動画信号36a(位相シフト
Δψ及びビート周波数Δf(=ストロボ周波数))の光
学的変調の度合いに基づいて傷・内部欠陥62の大きさ
や存在する深度、傷・内部欠陥62の成長可能性(すな
わち、今後内部欠陥が成長して大きくなるか否か)等の
静的弾性特性(例えば、振動モードの定常特性など)や
動的弾性特性(例えば、振動モード特性、スペクトル特
性、励起波長依存性、変調周波数依存性、あるいはこれ
らの過渡特性など)の解析・診断を、静的・動的ホログ
ラフィックイメージ(連続ストロボ動画)を用いてリア
ルタイム・短時間で実行できるようになる。また、励起
光E{δ,ω,t,ψ}の第1パルス変調度δ
、励起波長(第1波長)λ、第1変調周波数f
を、被測定対象60の物性(主に音響特性)、光吸収
長、熱伝搬領域、さらに加えて、伝播する大気の状態
(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被測定対象60の表
面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象の種類・材質等を
考慮して自在に変更できるので、傷・内部欠陥62の大
きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の成長方向等の
静的弾性特性の診断を実行できるようになる。同様に、
プローブ光は、伝播する大気の状態(揺らぎ、気温、湿
度、気圧等)、被測定対象60の表面状態(荒れや微小
凹凸)、検査対象の種類・材質等を考慮するとともに、
励起光E{δ,ω,t,ψ}による測定場を乱
さないような第2波長λとパワーPに最適化されて
いるので、被測定対象60の表面及び表面近傍内部につ
いての静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診断情報や
静的弾性特性の診断情報を解像度良く遠隔検出できるよ
うになる。また解像度と1画面を構成するための所要時
間との間に律則状態は生じない。
As a result, the object to be measured 60 (particularly, a structure such as a highway or culvert structure, or an outer wall of a building, etc., for which it is difficult to diagnose the strength by directly contacting the probe).
In contrast, structural inspection, flaw detection, and the like can be performed with high resolution, high accuracy, high sensitivity, and without contact. That is, when the surface and the vicinity of the surface (particularly, the scratch / internal defect 62) are reversibly plastically deformed within the elastic limit, the elastic vibration (phonon) generated in the surface and the inside of the vicinity of the surface (particularly, the scratch / internal defect 62). Acoustic / elastic scattering phenomena, such as Brillouin scattering and Rayleigh scattering, and acoustic modulation (AE) caused by a photoacoustic signal 66a (a type of the photoacoustic signal 66 including a light-acoustic signal 66) including the optical beat moving image signal 36a (phase Probe means for remotely detecting the shift Δψ and the beat frequency Δf (= strobe frequency)) can be realized. As a result, the probe light beam 2
Based on the degree of optical modulation of the optical beat moving image signal 36a (the phase shift Δψ and the beat frequency Δf (= strobe frequency)) superimposed on 4a, the size of the flaw / internal defect 62, the existing depth, the flaw / internal defect 62 Static elastic characteristics (for example, steady-state characteristics of a vibration mode, etc.) and dynamic elastic characteristics (for example, vibration mode characteristics, spectral characteristics, etc.) Analysis and diagnosis of excitation wavelength dependence, modulation frequency dependence, or their transient characteristics, etc., can be performed in real time and in a short time using static and dynamic holographic images (continuous strobe moving images). . Also, the first pulse modulation degree δ of the excitation light E 11 , ω 1 , t, { 1 }
1 , excitation wavelength (first wavelength) λ 1 , first modulation frequency f
1 is the physical properties (mainly acoustic properties) of the measured object 60, the light absorption length, the heat propagation area, and further the state of the propagating atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, pressure, etc.), the surface of the measured object 60 It can be freely changed in consideration of the state (roughness and minute unevenness), the type and material of the inspection object, etc., so that the static elasticity such as the size and the existing depth of the scratch / internal defect 62, the growth direction of the scratch / internal defect 62, etc. Diagnosis of characteristics can be performed. Similarly,
The probe light takes into account the state of the atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, pressure, etc.) that propagates, the surface state (roughness and minute irregularities) of the measured object 60, the type and material of the inspection object, and the like.
Since the second wavelength λ 2 and the power P 2 are optimized so as not to disturb the measurement field by the excitation light E 11 , ω 1 , t, { 1 }, the surface of the measured object 60 and the vicinity of the surface are optimized. This makes it possible to remotely detect, with high resolution, analysis / diagnosis information of static elastic characteristics and dynamic elastic characteristics of the inside and diagnostic information of static elastic characteristics. Also, there is no law between the resolution and the time required to compose one screen.

【0021】図1を参照すると、プローブ光生成手段
(プローブ光用レーザ)20は、所定波長(第2波長λ
)、所定パワーのプローブ光を生成・出力するプロー
ブ光用レーザである。プローブ光は、伝播する大気の状
態(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被測定対象60の
表面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象の種類・材質等
を考慮するとともに、励起光E{δ,ω,t,ψ
}による測定場を乱さないような第2波長λとパワ
ーPに最適化されている。本実施形態では、200n
m程度の近紫外波長乃至100μm程度の遠赤外波長領
域をプローブ光の波長範囲としているため、エキシマレ
ーザ(波長200〜300nm程度)、チタン・サファ
イアレーザ(波長1060nm程度)等の固体レーザ、
アルゴンレーザ(波長515nm)、COレーザ(波
長10.6nm程度)、CHOHレーザ(波長118
nm程度)、HCNレーザ(波長337nm程度)等の
ガスレーザ、及びこれらと組み合わせて構成された色素
レーザ等を用いている。
Referring to FIG. 1, the probe light generating means (probe light laser) 20 has a predetermined wavelength (second wavelength λ).
2 ) A probe light laser that generates and outputs a probe light having a predetermined power. Probe light, atmospheric conditions propagating (fluctuation, temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.), the surface state of the measurement target 60 (roughness and fine irregularities), with consideration of the type and material of the test object, the pumping light E 1 {Δ 1 , ω 1 , t, ψ
It is optimized for the second wavelength lambda 2 and power P 2 so as not to disturb the measurement field by 1}. In this embodiment, 200n
Since the wavelength range of the probe light ranges from the near ultraviolet wavelength of about m to the far infrared wavelength of about 100 μm, solid-state lasers such as excimer laser (wavelength of about 200 to 300 nm) and titanium-sapphire laser (wavelength of about 1060 nm),
Argon laser (wavelength 515 nm), CO 2 laser (wavelength about 10.6 nm), CH 3 OH laser (wavelength 118
gas laser such as an HCN laser (wavelength of about 337 nm), and a dye laser configured in combination therewith.

【0022】プローブ光用位相変調手段(電気光学素子
(EO)、駆動用ドライバ)22(図中でE/Oと表
記)は、プローブ光生成手段(プローブ光用レーザ)2
0が生成・出力するプローブ光を第2変調周波数f
所定のパルス変調(第2パルス変調度δに応じたパル
ス変調)を実行して出力するものであって、タイミング
制御手段(ファンクションジェネレータ)44からの第
2同期信号44bに同期して第2変調周波数f及び第
2パルス変調度δに応じた変調処理を行うための駆動
信号を生成・出力する駆動用ドライバと、第2同期信号
44bに同期して駆動信号に応じた変調を行った後のプ
ローブ光を生成・出力する電気光学素子(EO)を備え
ている。
The probe light phase modulating means (electro-optical element (EO), driving driver) 22 (denoted by E / O in the figure) is a probe light generating means (probe light laser) 2.
0 performs predetermined pulse modulation (pulse modulation corresponding to the second pulse modulation degree δ 2 ) on the probe light generated and output by the second modulation frequency f 2 , and outputs the probe light. a second synchronizing signal 44b in synchronism with a second modulation frequency f 2 and a driver for driving for generating and outputting a drive signal for performing modulation processing corresponding to the second pulse modulation factor [delta] 2 from the generator) 44, a An electro-optical element (EO) that generates and outputs probe light after performing modulation according to the drive signal in synchronization with the two synchronization signals 44b.

【0023】励起光E{δ,ω,t,ψ}の第
1変調周波数fとプローブ光の第2変調周波数f
は独立して設定可能である。励起光E{δ,ω
t,ψ}の第1パルス変調度δとプローブ光の第2
パルス変調度δとは独立して設定可能である。プロー
ブ光用位相変調手段22が生成・出力する励起光をE
とすると、 E=A・exp{−i・δ・sin(ω・t+ψ)} (第2式 ) で表すことができる。ここで、Aは振幅、iは虚数演
算子、ωは角周波数(=2π・f)、tは時間、ψ
は位相を意味している。
Excitation light E1{Δ1, Ω1, T, ψ1第 No.
1 modulation frequency f1And the second modulation frequency f of the probe light2When
Can be set independently. Excitation light E1{Δ1, Ω1,
t, ψ1The first pulse modulation degree δ of}1And second of probe light
Pulse modulation δ2And can be set independently. Plow
The excitation light generated and output by the 1
Then E2= A2・ Exp {-i ・ δ2・ Sin (ω2・ T + ψ2)} (2nd formula). Where A2Is the amplitude, i is the imaginary performance
Arithmetic, ω2Is the angular frequency (= 2π · f2), T is time, ψ
2Means phase.

【0024】プローブ光ビーム生成手段(プローブ光用
コリメータ)24は、第2同期信号44bに同期して駆
動信号に応じた変調を行った後のプローブ光E
{δ,ω ,t,ψ}を、被測定対象60(特
に、高速道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、
直接プローブを接触させて強度等の診断が難しいような
構造物)上の観測エリアに応じたビーム断面積(第2ビ
ーム径φ)を有する平行光(プローブ光ビーム24
a)に変換する光学素子であって、コリメータを中心に
して構成されている。
Probe light beam generating means (for probe light
The collimator 24 is driven in synchronization with the second synchronization signal 44b.
Probe light E after modulation according to the moving signal
2{Δ2, Ω 2, T, ψ2} Is changed to the measurement target 60 (special
Highway and bridge structures, building exterior walls, etc.
Diagnosis of strength etc. is difficult by directly contacting the probe
Beam cross section (second view)
Beam diameter φ2) (Probe light beam 24)
a) an optical element for converting into a)
It is configured.

【0025】プローブ光分割手段(プローブ光用ビーム
スプリッタ(BS))26は、プローブ光ビーム生成手
段(プローブ光用コリメータ)24から出射したプロー
ブ光ビーム24a(第2変調周波数f、第2位相
ψ、第2ビーム径φ)を2分するとともに、2分し
た一方のプローブ光ビーム(参照光)24b(第2変調
周波数f、第2位相ψ、第2ビーム径φ)を光ヘ
テロダイン干渉光学系に与え、2分した他方のプローブ
光ビーム24c(第2変調周波数f、第2位相ψ
第2ビーム径φ)を合波手段(合波用ビームスプリッ
タ(BS))28に与える光学素子である。
Probe beam splitting means (probe beam
The splitter (BS) 26 is a probe light beam generator.
The probe emitted from the step (probe light collimator) 24
Light beam 24a (second modulation frequency f2, The second phase
ψ2, The second beam diameter φ2) And 2 minutes
The other probe light beam (reference light) 24b (second modulation
Frequency f2, The second phase ψ2, The second beam diameter φ2) To the light
The other probe given to the Telodyne interference optical system and divided into two
Light beam 24c (second modulation frequency f2, The second phase ψ 2,
Second beam diameter φ2) To the multiplexing means (multiplexing beam splitter).
(BS) 28.

【0026】合波手段(合波用ビームスプリッタ(B
S))28は、ミラー16から受け取った励起光ビーム
14a(第1変調周波数f、第1位相ψ、第1ビー
ム径φ )とプローブ光分割手段(プローブ光用ビーム
スプリッタ(BS))26から受け取ったプローブ光ビ
ーム24c(第2変調周波数f、第2位相ψ、第2
ビーム径φ)を同一光軸上に重ね合わせて被測定対象
60上の観測エリアに照射するための光学素子である。
Multiplexing means (multiplexing beam splitter (B
S)) 28 is the excitation light beam received from the mirror 16
14a (first modulation frequency f1, The first phase1, The first bee
Diameter φ 1) And probe beam splitting means (probe beam
Probe beam received from the splitter (BS) 26
24c (second modulation frequency f2, The second phase ψ2, Second
Beam diameter φ2) On the same optical axis
It is an optical element for irradiating the observation area on 60.

【0027】受信光学系は、励起光ビーム14a(第1
変調周波数f、第1位相ψ、第1ビーム径φ)の
エネルギーを受けて被測定対象60の光吸収領域Vop
や熱拡散長μや熱拡散領域(Vth)で決まる表面下
近傍から出射される光音響信号66に応じた変調を受け
たプローブ光ビーム24d(第2変調周波数f+Δ
f、第2位相ψ+Δψ)を被測定対象60上の観測エ
リアから反射されるレーザ光の中から選択して光ヘテロ
ダイン干渉光学系に導き、光ヘテロダイン干渉光学系内
に設けられた複屈折光学結晶内で光ヘテロダイン検波
(光混合検波、光ビート検波とも呼ばれる検波)を実行
し、プローブ光E{δ,ω,t,ψ}のビーム
断面内で2次元的な分布特性を有する位相シフトΔψ及
びビート周波数Δf(=ストロボ周波数)を有する光ビ
ート動画信号36aを光ヘテロダイン検波(光混合検
波、光ビート検波)により生起して画像表示系に与える
ものであって、受光手段(レンズ、コリメータ)30、
波長選択手段(分光器)32、光ヘテロダイン干渉光学
系、画像表示系、診断処理系を備えている。
The receiving optical system includes an excitation light beam 14a (first
Upon receiving the energy of the modulation frequency f 1 , the first phase ψ 1 , and the first beam diameter φ 1 ), the light absorption region V op of the measurement target 60 is received.
Probe light beam 24d (second modulation frequency f 2 + Δ) modulated according to the photoacoustic signal 66 emitted from near the surface determined by the heat diffusion length μ s and the heat diffusion region (V th ).
f, the second phase ψ 2 + Δψ) is selected from the laser light reflected from the observation area on the measured object 60 and guided to the optical heterodyne interference optical system, and the birefringence provided in the optical heterodyne interference optical system Optical heterodyne detection (detection also called optical mixing detection or optical beat detection) is performed in the optical crystal, and the two-dimensional distribution characteristics of the probe light E 22 , ω 2 , t, { 2 } in the beam cross section are performed. The optical beat moving image signal 36a having a phase shift Δψ and a beat frequency Δf (= strobe frequency) is generated by optical heterodyne detection (optical mixed detection, optical beat detection) and is given to an image display system. (Lens, collimator) 30,
A wavelength selecting means (spectroscope) 32, an optical heterodyne interference optical system, an image display system, and a diagnostic processing system are provided.

【0028】これにより、被測定対象60(特に、高速
道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接プロ
ーブを接触させて強度等の診断が難しいような構造物)
に対して、構造検査や探傷等を高解像度・高精度・高感
度で非接触・非破壊で実行できるようになる。すなわ
ち、励起光E{δ,ω,t,ψ}としてパルス
変調光(第1パルス変調度δ、励起波長(第1波長)
λ、第1変調周波数f )を用い、被測定対象60の
表面及び表面近傍内部に励起光ビーム14aに応じた光
音響信号64を発生させ、この光音響信号64によって
活性化された被測定対象60の表面及び表面近傍内部
(特に傷・内部欠陥62)からの弾性振動を、光ヘテロ
ダイン検波(光混合検波、光ビート検波)で求めた光ビ
ート動画信号36a(位相シフトΔψ及びビート周波数
Δf(=ストロボ周波数))を用いて検知しているの
で、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、傷・内
部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成
長して大きくなるか否か)等の静的弾性特性(例えば、
振動モードの定常特性など)や動的弾性特性(例えば、
振動モード特性、スペクトル特性、励起波長依存性、変
調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特性など)の解
析・診断を、静的・動的ホログラフィックイメージ(連
続ストロボ動画)を用いてリアルタイム・短時間で実行
できるようになる。換言すれば、被測定対象60の表面
及び表面近傍内部に励起光ビーム14aに応じた光音響
信号64を発生させ、この光音響信号64によって被測
定対象60の表面及び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥
62)に摂動を与え、表面及び表面近傍内部(特に傷・
内部欠陥62)を弾性限界内で可逆的に塑性変形させ、
このときに表面及び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥6
2)に生起される弾性振動(フォノンを含む光音響信号
66の一種)によって生じるブルリアン散乱やレーリー
散乱等の音響・弾性散乱現象やアコースティックエミッ
ション(AE)に主因してプローブ光E{δ
ω,t,ψ}に重畳されると考えられるドップラー
シフト等の光学的変調の状態(すなわち、光ビート動画
信号36a(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=
ストロボ周波数)))を光ヘテロダイン検波(光混合検
波、光ビート検波)で検知し、検出した光ビート動画信
号36a(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ス
トロボ周波数))の光学的変調の度合いに基づいて傷・
内部欠陥62の大きさや存在する深度、傷・内部欠陥6
2の成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大
きくなるか否か)等の静的弾性特性や動的弾性特性の解
析・診断を、静的・動的ホログラフィックイメージ(連
続ストロボ動画)を用いてリアルタイム・短時間で実行
できるようになる。また、励起光E{δ,ω
t,ψ}の第1パルス変調度δ、励起波長(第1波
長)λ、第1変調周波数fを、被測定対象60の物
性(主に音響特性)、光吸収長、熱伝搬領域、さらに加
えて、伝播する大気の状態(揺らぎ、気温、湿度、気圧
等)、被測定対象60の表面状態(荒れや微小凹凸)、
検査対象の種類・材質等を考慮して自在に変更できるの
で、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、傷・内
部欠陥62の成長方向等の静的弾性特性の診断を実行で
きるようになる。同様に、プローブ光E{δ
ω,t,ψ}は、伝播する大気の状態(揺らぎ、気
温、湿度、気圧等)、被測定対象60の表面状態(荒れ
や微小凹凸)、検査対象の種類・材質等を考慮するとと
もに、励起光E{δ,ω,t,ψ}による測定
場を乱さないような第2波長λとパワーPに最適化
されているので、被測定対象60の表面及び表面近傍内
部についての静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診断
情報や静的弾性特性の診断情報を解像度良く遠隔検出で
きるようになる。
As a result, the measured object 60 (especially, high speed
For direct professional use such as road and bridge structures, building exterior walls, etc.
Structure that makes it difficult to diagnose strength etc. by contacting the probe)
High-resolution, high-precision, high-sensitivity
It can be executed in a non-contact and non-destructive manner. Sand
And the excitation light E1{Δ1, Ω1, T, ψ1Pulse as パ ル ス
Modulated light (first pulse modulation degree δ1, Excitation wavelength (first wavelength)
λ1, The first modulation frequency f 1), The measurement target 60
Light corresponding to the excitation light beam 14a on the surface and inside the vicinity of the surface
An acoustic signal 64 is generated, and the photoacoustic signal 64
The surface of the activated DUT 60 and the interior near the surface
(Especially the scratches / internal defects 62) by the optical heterogeneous
Optical signal obtained by Dyne detection (optical mixing detection, optical beat detection)
Signal 36a (phase shift Δ 位相 and beat frequency
Δf (= strobe frequency))
The size of the scratch / internal defect 62, the existing depth,
Growth potential of the local defect 62 (that is, internal defects
Static elastic properties (e.g.
Steady state vibration mode, etc.) and dynamic elasticity (eg,
Vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation wavelength dependence,
Tuning frequency dependence or their transient characteristics)
Analysis and diagnostics using static and dynamic holographic images
Runs in real time and in a short time using a continuous flash movie
become able to. In other words, the surface of the measured object 60
And photoacoustic corresponding to the excitation light beam 14a inside the vicinity of the surface
A signal 64 is generated, and the measured
The surface of the target 60 and the inside near the surface (particularly, scratches and internal defects)
62) to give a perturbation to the surface and the interior near the surface (especially
The internal defect 62) is reversibly plastically deformed within the elastic limit,
At this time, the surface and the inside near the surface (especially scratches / internal defects 6)
2) Elastic vibration (photoacoustic signal including phonon)
66 type), and Brillouin scattering and Rayleigh caused by
Acoustic and elastic scattering phenomena such as scattering and acoustic emission
Probe light E mainly due to the2{Δ2,
ω2, T, ψ2Doppler thought to be superimposed on}
The state of optical modulation such as shift (ie, optical beat movie
The signal 36a (the phase shift Δψ and the beat frequency Δf (=
Strobe frequency))) Optical heterodyne detection (optical mixing detection)
Wave, optical beat detection) and the detected optical beat video signal
No. 36a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (=
Flaw based on the degree of optical modulation of the
The size of the internal defect 62, the existing depth, the scratch / internal defect 6
2 growth potential (that is, the growth of internal defects in the future
Solution of static elasticity and dynamic elasticity
Analysis and diagnostics using static and dynamic holographic images
Runs in real time and in a short time using a continuous flash movie
become able to. Also, the excitation light E1{Δ1, Ω1,
t, ψ1The first pulse modulation degree δ of}1, Excitation wavelength (first wave
Length) λ1, The first modulation frequency f1Is the object to be measured 60
(Mainly acoustic characteristics), light absorption length, heat propagation area,
In addition, the state of the transmitting atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, pressure
Etc.), the surface condition of the measurement target 60 (roughness and minute irregularities),
It can be changed freely considering the type and material of the inspection target
The size of the scratch / internal defect 62, the existing depth,
Diagnosis of static elastic characteristics such as the growth direction of the part defect 62 can be performed.
I will be able to. Similarly, the probe light E2{Δ2,
ω2, T, ψ2} Indicates the state of the propagating atmosphere (fluctuation,
Temperature, humidity, air pressure, etc.), the surface condition of the measured object 60 (roughness)
Considering the type and material of the inspection object,
The excitation light E1{Δ1, Ω1, T, ψ1Measurement by}
Second wavelength λ that does not disturb the field2And power P2Optimized for
The surface of the measured object 60 and the vicinity of the surface
Analysis and diagnosis of static and dynamic elastic properties of parts
Remote detection of information and diagnostic information of static elasticity with high resolution
I will be able to.

【0029】すなわち、ビーム断面内の2次元的な分布
特性を有する位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=
ストロボ周波数)に基づいて静的・動的ホログラフィッ
クイメージ(連続ストロボ動画)を生成するような受信
光学系を設けることにより、被測定対象60(特に、高
速道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接プ
ローブを接触させて強度等の診断が難しいような構造
物)に対して、被測定対象60の表面及び表面近傍内部
についての静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診断情
報や静的弾性特性の診断情報を、大気の揺らぎや被測定
対象60の表面凹凸に影響されることなく安定・高精度
・高感度に非接触・非破壊で1フレーム同時一括収集
(例えば、ストロボ周波数=30Hzとすれば、1フレ
ーム当たり1/30秒)して構造検査や探傷等を動的・
静的に診断することができるようになる。
That is, a phase shift Δψ having a two-dimensional distribution characteristic in a beam cross section and a beat frequency Δf (=
By providing a receiving optical system that generates a static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image) based on the strobe frequency, the measured object 60 (particularly, the structure of a highway or a culvert, or the Analysis / diagnosis information of the static elasticity and dynamic elasticity of the surface of the measured object 60 and the inside of the vicinity of the surface of the object to be measured, such as a structure such as an outer wall, which is difficult to diagnose the strength by directly contacting the probe. And non-contact and non-destructive simultaneous collective collection of diagnostic information on static and elastic characteristics without affecting the fluctuations of the atmosphere or surface irregularities of the object 60 to be measured. (If the frequency is 30 Hz, 1/30 second per frame)
Diagnosis can be made statically.

【0030】図1を参照すると、受光手段(レンズ、コ
リメータ)30は、被測定対象60(特に、高速道路や
渠梁の構造物、ビルディングの外壁等、直接プローブを
接触させて強度等の診断が難しいような構造物)上の観
測エリアから反射されるレーザ光をレンズで集光すると
ともに、集光したレーザ光をコリメータでコリメーショ
ンして後段の波長選択手段(分光器)32に与える光学
素子である。被測定対象60上の観測エリアから反射さ
れるレーザ光には、被測定対象60上の観測エリアに照
射した励起光ビーム14a(第1変調周波数f、第1
位相ψ、第1ビーム径φ)、励起光ビーム14a
(第1変調周波数f、第1位相ψ、第1ビーム径φ
)のエネルギーを受けて被測定対象60の光吸収領域
opや熱拡散長μや熱拡散領域(Vth)で決まる
表面下近傍から出射される光音響信号66に応じた変調
を受けたプローブ光ビーム24d(第2変調周波数f
+Δf、第2位相ψ+Δψ)が含まれている。
Referring to FIG. 1, a light receiving means (lens, collimator) 30 is used for diagnosing strength or the like by directly contacting a probe with an object 60 to be measured (especially, a highway or culvert structure, an outer wall of a building, etc.). An optical element that collects laser light reflected from an observation area on a structure that is difficult to perform with a lens, collimates the collected laser light with a collimator, and provides the collimated laser light to a subsequent-stage wavelength selector (spectroscope) 32 It is. The laser beam reflected from the observation area on the measurement target 60 includes the excitation light beam 14a (first modulation frequency f 1 ,
Phase ψ 1 , first beam diameter φ 1 ), excitation light beam 14 a
(First modulation frequency f 1 , first phase ψ 1 , first beam diameter φ
1 ) Receiving the energy of 1 ), it undergoes modulation in accordance with the photoacoustic signal 66 emitted from near the subsurface determined by the light absorption region Vop , the thermal diffusion length μs, and the thermal diffusion region ( Vth ) of the measured object 60. Probe light beam 24d (second modulation frequency f 2
+ Δf, the second phase ψ 2 + Δψ).

【0031】波長選択手段(分光器)32は、受光手段
(レンズ、コリメータ)30から受け取ったレーザ光の
中に含まれるプローブ光ビーム24d(第2変調周波数
+Δf、第2位相ψ+Δψ)を少なくとも選択し
て後段の光ヘテロダイン干渉光学系に与えるものであ
る。波長選択手段(分光器)32としては、市販のモノ
クロメータ等を用いることができる。
The wavelength selecting means (spectroscope) 32 includes a probe light beam 24d (second modulation frequency f 2 + Δf, second phase ψ 2 + Δψ) included in the laser light received from the light receiving means (lens, collimator) 30. ) Is selected at least and given to the subsequent optical heterodyne interference optical system. As the wavelength selecting means (spectroscope) 32, a commercially available monochromator or the like can be used.

【0032】光ヘテロダイン干渉光学系は、波長選択手
段(分光器)32から受け取ったプローブ光ビーム24
d(第2変調周波数f+Δf、第2位相ψ+Δψ)
をプローブ光ビーム(参照光)24b(第2変調周波数
、第2位相ψ、第2ビーム径φ)と干渉させて
光ヘテロダイン検波(光混合検波、光ビート検波とも呼
ばれる検波)を実行し、プローブ光のビーム断面内の2
次元的な分布特性を有する位相シフトΔψ及びビート周
波数Δf(=ストロボ周波数)を有する光ビート動画信
号36aを光ヘテロダイン検波(光混合検波、光ビート
検波)によって生起して画像表示系に与えるものであ
り、複屈折光学手段(BSO)36、ミラー(M)3
8、干渉ミラー(M)40を備えている。
The optical heterodyne interference optical system includes a probe light beam 24 received from a wavelength selecting means (spectroscope) 32.
d (second modulation frequency f 2 + Δf, second phase ψ 2 + Δψ)
With the probe light beam (reference light) 24b (second modulation frequency f 2 , second phase ψ 2 , second beam diameter φ 2 ) to perform optical heterodyne detection (detection also called optical mixing detection or optical beat detection). Execute, 2 in the beam cross section of the probe light
An optical beat moving image signal 36a having a phase shift Δψ having a dimensional distribution characteristic and a beat frequency Δf (= strobe frequency) is generated by optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection) and is provided to an image display system. Yes, birefringent optical means (BSO) 36, mirror (M) 3
8. An interference mirror (M) 40 is provided.

【0033】すなわち、ビーム断面内の2次元的な分布
特性を有する位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=
ストロボ周波数)に基づいて静的・動的ホログラフィッ
クイメージ(連続ストロボ動画)を生成する光ヘテロダ
イン干渉光学系を設けることにより、被測定対象60
(特に、高速道路や渠梁の構造物、ビルディングの外壁
等、直接プローブを接触させて強度等の診断が難しいよ
うな構造物)の表面や光吸収領域Vopや熱拡散長μ
や熱拡散領域(Vth)で決まる表面下近傍における弾
性構造や傷・内部欠陥62に関する静的・動的ホログラ
フィックイメージ(連続ストロボ動画)をビート周波数
Δfに応じてリアルタイムでストロボ撮影(ストロボ周
波数=ビート周波数Δf)できるようになる。可視化に
は既存の市販の画像形成手段(CCD)42をそのまま
活用できる。特に、傷・内部欠陥62に対する静的・動
的ホログラフィックイメージでは、傷・内部欠陥62の
成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きく
なるか否か)の診断を実行できる。その結果、被測定対
象60の表面及び表面近傍内部についての静的弾性特性
(例えば、振動モードの定常特性など)や動的弾性特性
(例えば、振動モード特性、スペクトル特性、励起波長
依存性、変調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特性
など)の解析・診断情報や静的弾性特性の診断情報を、
大気の揺らぎや被測定対象60の表面凹凸に影響される
ことなく安定・高精度・高感度に非接触・非破壊で1フ
レーム同時一括収集(例えば、ストロボ周波数=30H
zとすれば、1フレーム当たり1/30秒)して構造検
査や探傷等を動的・静的に診断することができるように
なる。その結果、従来のように測定面内でレーザビーム
を2次元スキャニングしてドット・イメージを合成する
方式に代えて、測定面内全体に渡って光学的に連続した
イメージ形態で一括して同時に光学処理して、静的・動
的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)をビ
ート周波数Δfに応じてリアルタイムでストロボ撮影
(ストロボ周波数=ビート周波数Δf)するので、被測
定対象60の表面や表面下における弾性構造評価や探傷
結果の評価を、ビート周波数Δfに応じたリアルタイム
処理下で可視化したその場観測によって実現できる。
That is, a phase shift Δψ having a two-dimensional distribution characteristic in a beam cross section and a beat frequency Δf (=
By providing an optical heterodyne interference optical system that generates a static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image) based on the strobe frequency,
(Particularly, structures such as highways and culverts, and building outer walls, etc., which are difficult to diagnose by checking the strength by direct contact with the probe), the light absorption region Vop, and the heat diffusion length μ s
And dynamic holographic images (continuous strobe moving images) of the elastic structure and the scratches / internal defects 62 near the surface determined by the thermal diffusion region (V th ) in real time according to the beat frequency Δf. = Beat frequency Δf). For visualization, an existing commercially available image forming means (CCD) 42 can be used as it is. In particular, with the static / dynamic holographic image of the flaw / internal defect 62, a diagnosis of the growth possibility of the flaw / internal defect 62 (that is, whether or not the internal defect grows and becomes large in the future) can be performed. As a result, static elastic characteristics (for example, steady-state characteristics of a vibration mode, etc.) and dynamic elastic characteristics (for example, vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation wavelength dependency, modulation, etc.) on the surface of the measured object 60 and inside the vicinity of the surface. Analysis / diagnosis information of frequency dependency or these transient characteristics) and diagnosis information of static elastic characteristics.
Simultaneous and simultaneous non-destructive, one-frame simultaneous collection with stable, high accuracy, and high sensitivity without being affected by atmospheric fluctuations or surface irregularities of the measured object 60 (for example, strobe frequency = 30H)
(If it is z, 1/30 second per frame), it is possible to dynamically and statically diagnose structural inspection, flaw detection and the like. As a result, instead of the conventional method of two-dimensionally scanning the laser beam within the measurement plane to synthesize a dot image, the optical beam is simultaneously and collectively formed in an optically continuous image form over the entire measurement plane. Since the static and dynamic holographic images (continuous strobe moving images) are subjected to strobe photographing (strobe frequency = beat frequency Δf) in real time according to the beat frequency Δf, the elasticity of the surface or under the surface of the measured object 60 is processed. The structure evaluation and the evaluation of the flaw detection result can be realized by in-situ observation visualized under real-time processing according to the beat frequency Δf.

【0034】図1を参照すると、複屈折光学手段36は
干渉ミラー(M)40と共にマイケルソン干渉光学系を
構成し、プローブ光ビーム24d(第2変調周波数f
+Δf、第2位相ψ+Δψ)を波長選択手段(分光
器)32から受け取るとともに、プローブ光分割手段
(プローブ光用ビームスプリッタ(BS))26からプ
ローブ光ビーム(参照光)24b(第2変調周波数
、第2位相ψ、第2ビーム径φ)を受け取り、
プローブ光ビーム24d(第2変調周波数f+Δf、
第2位相ψ+Δψ)とプローブ光ビーム(参照光)2
4b(第2変調周波数f 、第2位相ψ、第2ビーム
径φ)を直交させて干渉させることにより、光ヘテロ
ダイン検波(光混合検波、光ビート検波とも呼ばれる検
波)を実行して光ビート動画信号36aをミラー(M)
38側に出力する光学素子であって、BSO(Bism
uth Silicon Oxide)や方解石を用い
ることができる。複屈折光学手段(BSO)36は、プ
ローブ光ビーム24d(第2変調周波数f+Δf、第
2位相ψ+Δψ)に対してブラッグ回折角θに固定さ
れている。
Referring to FIG. 1, the birefringent optical means 36 comprises
Michelson interference optical system with interference mirror (M) 40
And the probe light beam 24d (the second modulation frequency f2
+ Δf, second phase ψ2+ Δψ) to the wavelength selection means (spectroscopy)
32) and a probe beam splitting means
(Beam splitter (BS) for probe light) 26
Lobe light beam (reference light) 24b (second modulation frequency
f2, The second phase ψ2, The second beam diameter φ2)
Probe light beam 24d (second modulation frequency f2+ Δf,
Second phase ψ2+ Δψ) and probe light beam (reference light) 2
4b (second modulation frequency f 2, The second phase ψ2, Second beam
Diameter φ2) Orthogonally interfere with each other,
Dyne detection (also known as optical mixing detection or optical beat detection)
(Wave) to mirror the optical beat video signal 36a (M)
38 is an optical element for outputting to the BSO (Bism
Uth Silicon Oxide) and calcite
Can be The birefringent optical means (BSO) 36
Lobe light beam 24d (second modulation frequency f2+ Δf,
2 phase ψ2+ Δψ) fixed to Bragg diffraction angle θ
Have been.

【0035】ミラー(M)38は、複屈折光学手段(B
SO)36から受け取った光ビート動画信号36aを画
像形成手段(CCD)42の受光面に折り返すためのも
のである。干渉ミラー(M)40は、複屈折光学手段
(BSO)36と共に(マイケルソン)干渉光学系を構
成している。
The mirror (M) 38 is provided with a birefringent optical means (B
The optical beat moving image signal 36a received from the SO) 36 is returned to the light receiving surface of the image forming means (CCD) 42. The interference mirror (M) 40 together with the birefringent optical means (BSO) 36 constitutes a (Michelson) interference optical system.

【0036】プローブ光分割手段(プローブ光用ビーム
スプリッタ(BS))26から複屈折光学手段(BS
O)36にブラッグ回折角θに沿って入射したプローブ
光ビーム(参照光)24b(第2変調周波数f、第2
位相ψ、第2ビーム径φ)は、複屈折光学手段(B
SO)36を通過して干渉ミラー(M)40に出射さ
れ、干渉ミラー(M)40によって入射方向に折り返さ
れた反射光として再び複屈折光学手段(BSO)36内
に戻る。このような干渉光学系において、プローブ光ビ
ーム(参照光)24b(第2変調周波数f、第2位相
ψ、第2ビーム径φ)とプローブ光ビーム24d
(第2変調周波数f+Δf、第2位相ψ+Δψ)を
複屈折光学手段(BSO)36内で光ヘテロダイン検波
(光混合検波、光ビート検波)することで、ビート周波
数Δf(=ストロボ周波数)及び位相シフトΔψを求め
ることができる。
The probe beam splitting means (probe beam splitter (BS)) 26 transmits the birefringent optical means (BS).
O) 36, the probe light beam (reference light) 24b (the second modulation frequency f 2 , the second
The phase ψ 2 and the second beam diameter φ 2 ) correspond to the birefringent optical means (B
After passing through the SO) 36, the light is emitted to the interference mirror (M) 40, and returns to the inside of the birefringent optical means (BSO) 36 again as reflected light reflected in the incident direction by the interference mirror (M) 40. In such an interference optical system, the probe light beam (reference light) 24b (second modulation frequency f 2 , second phase ψ 2 , second beam diameter φ 2 ) and probe light beam 24d
The second modulation frequency f 2 + Δf, the second phase ψ 2 + Δψ) is subjected to optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection) in the birefringent optical means (BSO) 36, so that the beat frequency Δf (= strobe frequency ) And the phase shift Δψ.

【0037】このような光ヘテロダイン干渉光学系によ
り、送信光学系から被測定対象60の表面を経由して受
信光学系に至る光路上に重畳する外乱(空気流、エアロ
ゾル等に起因するレーザ光への影響)を低減することが
できるようになる。
With such an optical heterodyne interference optical system, a disturbance superimposed on an optical path from the transmitting optical system to the receiving optical system via the surface of the measured object 60 (to a laser beam caused by air flow, aerosol, etc.). Effect) can be reduced.

【0038】画像表示系は、光ヘテロダイン検波(光混
合検波、光ビート検波)で求めたビート周波数Δf(=
ストロボ周波数)をフレーム周波数(繰り返し周波数)
とするとともに、位相シフトΔψを輝度信号とする静的
・動的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)
を生成するものであって、画像形成手段(CCD)4
2、画像表示手段(ビデオモニタ)52、タイミング制
御手段(ファンクションジェネレータ)44を備えてい
る。
The image display system uses a beat frequency Δf (==) obtained by optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection).
Strobe frequency) to frame frequency (repetition frequency)
Static and dynamic holographic images with a phase shift Δψ as a luminance signal (continuous strobe video)
Image forming means (CCD) 4
2. An image display means (video monitor) 52 and a timing control means (function generator) 44 are provided.

【0039】画像形成手段42は、第3同期信号44c
に同期して、光ヘテロダイン検波(光混合検波、光ビー
ト検波)で求めた光ビート動画信号36aを複屈折光学
手段(BSO)36から受け取り、光ビート動画信号3
6aのビート周波数Δf(=ストロボ周波数)をフレー
ム周波数(繰り返し周波数)とするとともに、光ヘテロ
ダイン検波(光混合検波、光ビート検波)で求めた光ビ
ート動画信号36aの位相シフトΔψを輝度信号とし
て、光ビート動画信号36aを静的・動的ホログラフィ
ックイメージ(動画面信号=映像信号)に変換して画像
表示手段(ビデオモニタ)52に出力する光電変換素子
であって、既存のCCD(固体撮像素子)カメラ、市販
のビデオカメラ等を用いることができる。その結果、従
来のように測定面内でレーザビームを2次元スキャニン
グしてドット・イメージを合成する方式に代えて、測定
面内全体に渡って光学的に連続したイメージ形態で一括
して同時に光学処理して静的・動的ホログラフィックイ
メージ(連続ストロボ動画)をビート周波数Δfに応じ
てリアルタイムでストロボ撮影(ストロボ周波数=ビー
ト周波数Δf)するので、被測定対象60の表面や表面
下における弾性構造評価や探傷結果の評価を、ビート周
波数Δfに応じたリアルタイム処理下で可視化したその
場観測によって実現できる。
The image forming means 42 outputs a third synchronizing signal 44c.
The optical beat moving image signal 36a obtained by optical heterodyne detection (optical mixing detection and optical beat detection) is received from the birefringent optical means (BSO) 36 in synchronization with
6a as a frame frequency (repetition frequency) and a phase shift Δψ of the optical beat moving image signal 36a obtained by optical heterodyne detection (optical mixing detection and optical beat detection) as a luminance signal. A photoelectric conversion element for converting the optical beat moving image signal 36a into a static / dynamic holographic image (moving image plane signal = video signal) and outputting the converted signal to an image display means (video monitor) 52. Element) A camera, a commercially available video camera, or the like can be used. As a result, instead of the conventional method of combining two-dimensional scanning of the laser beam within the measurement plane to synthesize a dot image, optical ensemble is simultaneously performed in the form of an optically continuous image over the entire measurement plane. Since a static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image) is processed and strobe-photographed (strobe frequency = beat frequency Δf) in real time according to the beat frequency Δf, the elastic structure on the surface or under the surface of the measured object 60 is measured. The evaluation and the evaluation of the flaw detection result can be realized by in-situ observation visualized under real-time processing according to the beat frequency Δf.

【0040】すなわち、光ヘテロダイン検波(光混合検
波、光ビート検波)で求めたビート周波数Δf(=スト
ロボ周波数)を画像形成手段(CCD)42のフレーム
周波数(通常30Hz程度)と同期させることにより、
既存の市販の画像形成手段(CCD)42で静的・動的
ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)を撮影
して可視化することができる。画像形成手段(CCD)
42で可視化された静的・動的ホログラフィックイメー
ジは、2次元スキャニングによって1画面のイメージを
作成する従来の光音響イメージング方式と異なり、1回
のプローブ動作で1画面のイメージ(静的・動的ホログ
ラフィックイメージ)を生成することができるようにな
る。すなわち、1秒間にフレーム周波数(=ビート周波
数Δf=ストロボ周波数、例えば、30Hz)に応じた
画面数のイメージ(静的・動的ホログラフィックイメー
ジ)を生成することができる結果、被測定対象60の表
面や光吸収領域Vopや熱拡散長μや熱拡散領域(V
th)で決まる表面下近傍における弾性構造や傷・内部
欠陥62に関する静的・動的ホログラフィックイメージ
(連続ストロボ動画)をフレーム周波数(=ビート周波
数Δf=ストロボ周波数、例えば、30Hz)に応じて
リアルタイムでストロボ撮影(ストロボ周波数=ビート
周波数Δf)できるようになる。
That is, by synchronizing the beat frequency Δf (= strobe frequency) obtained by optical heterodyne detection (optical mixing detection, optical beat detection) with the frame frequency (normally about 30 Hz) of the image forming means (CCD) 42,
Static and dynamic holographic images (continuous strobe moving images) can be photographed and visualized by existing commercially available image forming means (CCD) 42. Image forming means (CCD)
The static / dynamic holographic image visualized at 42 is different from the conventional photoacoustic imaging method in which an image of one screen is created by two-dimensional scanning. Holographic image) can be generated. That is, an image (static / dynamic holographic image) having the number of screens corresponding to the frame frequency (= beat frequency Δf = strobe frequency, for example, 30 Hz) can be generated in one second. The surface, the light absorption region Vop , the thermal diffusion length μs, and the thermal diffusion region (V
th ) determines a static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image) of the elastic structure and the scratch / internal defect 62 near the surface below the surface in real time according to the frame frequency (= beat frequency Δf = strobe frequency, for example, 30 Hz). To enable flash photography (flash frequency = beat frequency Δf).

【0041】画像表示手段(ビデオモニタ)52は、静
的・動的ホログラフィックイメージ(動画面信号=映像
信号)を表示(可視化)するモニタであって、既存のテ
レビモニタ等を用いることができる。
The image display means (video monitor) 52 is a monitor for displaying (visualizing) a static / dynamic holographic image (moving image plane signal = video signal), and an existing television monitor or the like can be used. .

【0042】タイミング制御手段(ファンクションジェ
ネレータ)44は、励起光用位相変調手段12の駆動用
ドライバに与える第1同期信号44a、プローブ光用位
相変調手段22の駆動用ドライバに与える第2同期信号
44b、画像形成手段(CCD)42に与える第3同期
信号44c、データ収集手段(ロックインアンプ)50
に与える第4同期信号44dをそれぞれ生成・出力する
ものであって、具体的には、周波数シンセサイズ機能を
備えたファンクションジェネレータを用いている。第1
同期信号44a、第2同期信号44b、第3同期信号4
4c及び第4同期信号44dのそれぞれは、所定の位相
関係を保持している。また第1同期信号44a、第2同
期信号44b、第3同期信号44c及び第4同期信号4
4dのそれぞれの間の位相関係は任意に変更することが
できる。また同期信号間の位相を連続的に変更すること
もできる。これにより、被測定対象60の表面や光吸収
領域Vopや熱拡散長μや熱拡散領域(Vth)で決
まる表面下近傍における弾性構造や傷・内部欠陥62に
関する静的・動的ホログラフィックイメージ(連続スト
ロボ動画)をビート周波数Δfに応じてリアルタイムで
ストロボ撮影(ストロボ周波数=ビート周波数Δf)で
きるようになる。可視化には既存の市販の画像形成手段
(CCD)42をそのまま活用できる。特に、傷・内部
欠陥62に対する静的・動的ホログラフィックイメージ
では、傷・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後
内部欠陥が成長して大きくなるか否か)の診断を実行で
きる。
The timing control means (function generator) 44 includes a first synchronizing signal 44a to be supplied to the driving driver of the excitation light phase modulating means 12 and a second synchronizing signal 44b to be supplied to the driving light of the probe light phase modulating means 22. A third synchronizing signal 44c to be given to the image forming means (CCD) 42, a data collecting means (lock-in amplifier) 50
To generate and output the fourth synchronizing signal 44d to be supplied to the first and second control signals, specifically, a function generator having a frequency synthesizing function is used. First
Synchronization signal 44a, second synchronization signal 44b, third synchronization signal 4
4c and the fourth synchronization signal 44d each have a predetermined phase relationship. The first synchronization signal 44a, the second synchronization signal 44b, the third synchronization signal 44c, and the fourth synchronization signal 4
The phase relationship between each of 4d can be arbitrarily changed. Further, the phase between the synchronization signals can be continuously changed. Thereby, static and dynamic holograms relating to the elastic structure and the scratches / internal defects 62 in the vicinity of the surface determined by the surface of the measured object 60, the light absorption region V op , the thermal diffusion length μs, and the thermal diffusion region (V th ). A graphic image (continuous strobe moving image) can be strobe-photographed (strobe frequency = beat frequency Δf) in real time according to the beat frequency Δf. For visualization, an existing commercially available image forming means (CCD) 42 can be used as it is. In particular, with the static / dynamic holographic image of the flaw / internal defect 62, a diagnosis of the growth possibility of the flaw / internal defect 62 (that is, whether or not the internal defect grows and becomes large in the future) can be performed.

【0043】解析・診断処理系は、画像形成手段(CC
D)42から受け取った静的・動的ホログラフィックイ
メージ(動画面信号=映像信号)に基づいて、傷・内部
欠陥62の大きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の
成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きく
なるか否か)等に対する静的弾性特性(例えば、振動モ
ードの定常特性など)や動的弾性特性(例えば、振動モ
ード特性、スペクトル特性、励起波長依存性、変調周波
数依存性、あるいはこれらの過渡特性など)の解析や診
断を、ビート周波数Δfに応じたリアルタイム処理下で
可視化したその場観測により実行し、その結果を表示す
る処理装置であり、診断手段(パーソナルコンピュータ
(PC))46、診断表示手段(ディスプレイ(CR
T))48、データ収集手段(ロックインアンプ(Lo
ck in Amp.))50を中心にして構成されて
いる。
The analysis / diagnosis processing system includes image forming means (CC
D) Based on the static / dynamic holographic image (moving image plane signal = video signal) received from 42, the size and depth of the flaw / internal defect 62, and the growth potential of the flaw / internal defect 62 (ie, Static elastic characteristics (eg, steady state of vibration mode) and dynamic elastic characteristics (eg, vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation wavelength dependence, modulation, etc.) It is a processing device that executes analysis and diagnosis of frequency dependency or these transient characteristics, etc., based on in-situ observation visualized under real-time processing according to the beat frequency Δf, and displays the result. Computer (PC) 46, diagnostic display means (display (CR
T)) 48, data collection means (lock-in amplifier (Lo)
ck in Amp. )) 50.

【0044】静的弾性特性は、励起光ビーム14aの諸
変数(パラメータ)を特定した状態での静的・動的ホロ
グラフィックイメージ、プローブ光ビーム24cの諸変
数(パラメータ)を特定した状態での静的・動的ホログ
ラフィックイメージに基づいて解析できる。換言すれ
ば、励起光ビーム14aの第1パルス変調度δや励起
波長(第1波長)λや第1変調周波数f等のパラメ
ータ、あるいはプローブ光ビーム24cの第2変調周波
数fや第2位相ψや第2ビーム径φ等のパラメー
タを固定した状態で、静的・動的ホログラフィックイメ
ージの静的弾性特性(光ビート動画信号36aの周波数
偏位Δfや位相偏位Δψ等の定常特性)を解析すること
で求めることができる。可視化には既存の市販の画像形
成手段(CCD)42をそのまま活用できる。
The static elasticity characteristics are obtained by a static / dynamic holographic image in which various variables (parameters) of the excitation light beam 14a are specified, and in a state where various variables (parameters) of the probe light beam 24c are specified. It can analyze based on static and dynamic holographic images. In other words, the first pulse modulation factor [delta] 1 and the excitation wavelength (first wavelength) lambda 1 and the first modulation frequency f 1, etc. parameters of the excitation light beam 14a or the second modulation frequency f 2 Ya of the probe light beam 24c, in a state of fixing the second phase [psi 2 and parameters of the second beam diameter phi 2, etc., the static elastic properties of static and dynamic holographic image (optical beat video signal 36a of the frequency deviation Δf and phase shift Δψ , Etc.) can be obtained by analyzing the steady-state characteristics. For visualization, an existing commercially available image forming means (CCD) 42 can be used as it is.

【0045】動的弾性特性は、静的・動的ホログラフィ
ックイメージと励起光ビーム14aの諸変数(パラメー
タ)との関係、静的・動的ホログラフィックイメージと
プローブ光ビーム24cの諸パラメータとの関係に基づ
いて解析できる。換言すれば、励起光ビーム14aの第
1パルス変調度δや励起波長(第1波長)λや第1
変調周波数f等の変数(パラメータ)、あるいはプロ
ーブ光ビーム24cの第2変調周波数fや第2位相ψ
や第2ビーム径φ等の変数(パラメータ)に対す
る、静的・動的ホログラフィックイメージの動的弾性特
性(光ビート動画信号36aの周波数偏位Δfや位相偏
位Δψ等の依存性や過渡特性)を解析することで求める
ことができる。例えば、静的・動的ホログラフィックイ
メージの動的弾性特性としては、励起光ビーム14aの
第1パルス変調度δや励起波長(第1波長)λや第
1変調周波数f等の変数(パラメータ)、あるいはプ
ローブ光ビーム24cの第2変調周波数fや第2位相
ψや第2ビーム径φ等の変数(パラメータ)を所定
範囲でスイープして求めたスペクトル特性が挙げられ
る。これにより、被測定対象60の表面や光吸収領域V
opや熱拡散長μや熱拡散領域(Vth)で決まる表
面下近傍における弾性構造や傷・内部欠陥62に関する
静的・動的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動
画)をビート周波数Δfに応じてリアルタイムでストロ
ボ撮影(ストロボ周波数=ビート周波数Δf)できるよ
うになる。可視化には既存の市販の画像形成手段(CC
D)42をそのまま活用できる。特に、傷・内部欠陥6
2に対する静的・動的ホログラフィックイメージでは、
傷・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠
陥が成長して大きくなるか否か)の診断を実行できる。
その結果、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、
傷・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠
陥が成長して大きくなるか否か)等に対する動的弾性特
性(例えば、振動モード特性、スペクトル特性、励起波
長依存性、変調周波数依存性、あるいはこれらの過渡特
性など)の診断をビート周波数Δfに応じてリアルタイ
ムで行うことができる。
The dynamic elasticity characteristics are calculated based on the relation between the static / dynamic holographic image and various parameters (parameters) of the excitation light beam 14a, and the relation between the static / dynamic holographic image and various parameters of the probe light beam 24c. Analyze based on relationships. In other words, the first pulse modulation degree δ 1 of the excitation light beam 14 a, the excitation wavelength (first wavelength) λ 1 , the first
The modulation frequency f 1 or the like of the variable (parameter), or a second modulation frequency f 2 and a second phase of the probe light beam 24c [psi
For 2 and a second beam diameter phi 2, etc. variables (parameters), Ya dependency such as frequency deviation Δf and phase shift Δψ dynamic elastic properties (optical beat video signal 36a of static and dynamic holographic images (Transient characteristics). For example, the dynamic elastic properties of static and dynamic holographic image, the excitation light first pulse modulation factor [delta] 1 and the excitation wavelength of the beam 14a (first wavelength) lambda 1 and the first modulation frequency f 1 and the like variables (parameter), or spectral properties include found by sweeping second modulation frequency f 2 and a second phase [psi 2 and the second beam diameter phi 2, etc. variables of the probe light beam 24c (parameter) in a predetermined range. Thereby, the surface of the measured object 60 and the light absorption region V
The static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image) of the elastic structure and the flaw / internal defect 62 near the surface determined by the op , the thermal diffusion length μs, and the thermal diffusion region (V th ) according to the beat frequency Δf Flash photography (flash frequency = beat frequency Δf) can be performed in real time. For visualization, existing commercial image forming means (CC
D) 42 can be utilized as it is. In particular, scratches / internal defects 6
In the static and dynamic holographic images for 2,
Diagnosis of the possibility of growth of the scratch / internal defect 62 (that is, whether or not the internal defect grows and grows in the future) can be executed.
As a result, the size of the scratch / internal defect 62, the existing depth,
Dynamic elastic characteristics (for example, vibration mode characteristics, spectral characteristics, excitation wavelength dependence, modulation frequency dependence) with respect to the growth possibility of the scratch / internal defect 62 (that is, whether or not the internal defect grows and grows in the future). , Or their transient characteristics) can be diagnosed in real time according to the beat frequency Δf.

【0046】データ収集手段50は、画像形成手段(C
CD)42から受け取った静的・動的ホログラフィック
イメージ(動画面信号=映像信号)を第4同期信号44
d(参照信号)に同期してサンプリングし、静的弾性特
性(例えば、振動モードの定常特性など)や動的弾性特
性の解析や診断に用いる静的・動的ホログラフィックイ
メージデータを生成・出力する測定手段であって、具体
的には、ロックインアンプやボックスカー積分器を用い
ることができる。
The data collecting means 50 is provided with an image forming means (C
CD) 42, a static / dynamic holographic image (moving image plane signal = video signal)
Generates and outputs static and dynamic holographic image data used for analysis and diagnosis of static elastic characteristics (for example, steady-state characteristics of vibration modes) and dynamic elastic characteristics by sampling in synchronization with d (reference signal) Specifically, a lock-in amplifier or a boxcar integrator can be used.

【0047】診断手段46は、データ収集手段50が収
集した静的弾性特性や動的弾性特性の解析や診断に用い
る静的・動的ホログラフィックイメージデータに基づい
て、静的・動的ホログラフィックイメージの静的弾性特
性(光ビート動画信号36aの周波数偏位Δfや位相偏
位Δψ等の定常特性)や、静的・動的ホログラフィック
イメージの動的弾性特性(光ビート動画信号36aの周
波数偏位Δfや位相偏位Δψ等の依存性や過渡特性)を
解析し、傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、傷
・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠陥
が成長して大きくなるか否か)等を診断する機能を有
し、パーソナルコンピュータ等を用いて実現できる。
The diagnosing means 46 is a static / dynamic holographic image based on the static / dynamic holographic image data used for analyzing and diagnosing the static and dynamic elastic properties collected by the data collecting means 50. Static elastic characteristics of images (steady-state characteristics such as frequency deviation Δf and phase deviation Δψ of optical beat moving image signal 36a) and dynamic elastic characteristics of static / dynamic holographic images (frequency of optical beat moving image signal 36a) Analyzing the dependence and transient characteristics of the deviation Δf and the phase deviation Δψ, etc., and analyzing the size and depth of the flaw / internal defect 62 and the growth possibility of the flaw / internal defect 62 (that is, the possibility that the internal defect will grow in the future) The function of diagnosing whether or not it becomes larger) can be realized using a personal computer or the like.

【0048】診断表示手段48は、診断手段46からの
診断結果、すなわち、傷・内部欠陥62の大きさや存在
する深度、傷・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、
今後内部欠陥が成長して大きくなるか否か)等の診断結
果を表示する表示装置であって、具体的には、CRTデ
ィスプレイや液晶ディスプレイを用いることができる。
The diagnostic display means 48 displays the diagnostic result from the diagnostic means 46, that is, the size and depth of the flaw / internal defect 62, the growth possibility of the flaw / internal defect 62 (ie,
This is a display device that displays a diagnosis result such as whether or not an internal defect grows and becomes large in the future). Specifically, a CRT display or a liquid crystal display can be used.

【0049】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、励起光E{δ,ω,t,ψ }(励起光ビー
ム14a)としてパルス変調光(第1パルス変調度
δ、励起波長(第1波長)λ、第1変調周波数
)を用い、被測定対象60(特に、高速道路や渠梁
の構造物、ビルディングの外壁等、直接プローブを接触
させて強度等の診断が難しいような構造物)の表面及び
表面近傍内部に励起光ビーム14aに応じた光音響信号
64を発生させ、この光音響信号64によって活性化さ
れた被測定対象60の表面及び表面近傍内部(特に傷・
内部欠陥62)からの弾性振動を、光ヘテロダイン検波
(光混合検波、光ビート検波)で求めた光ビート動画信
号36a(位相シフトΔψ及びビート周波数Δf(=ス
トロボ周波数))を用いて検知しているので、傷・内部
欠陥62の大きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の
成長可能性(すなわち、今後内部欠陥が成長して大きく
なるか否か)等の静的弾性特性(例えば、振動モードの
定常特性など)や動的弾性特性の解析・診断を、静的・
動的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)を
用いてリアルタイム・短時間で実行できるようになる。
As described above, according to the present embodiment,
The excitation light E1{Δ1, Ω1, T, ψ 1} (Excitation light bee
Pulse modulated light (first pulse modulation degree)
δ1, Excitation wavelength (first wavelength) λ1, The first modulation frequency
f1) To be measured 60 (especially highways and culverts).
Direct probe contact with structures, building exterior walls, etc.
Surface of structures that are difficult to diagnose
Photoacoustic signal corresponding to the excitation light beam 14a inside the vicinity of the surface
64, which are activated by the photoacoustic signal 64.
The surface of the measured object 60 to be measured and the inside near the surface (particularly,
Elastic vibration from the internal defect 62) is detected by optical heterodyne detection.
Beat video signal obtained by (mixed optical detection, optical beat detection)
No. 36a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (=
(Throbo frequency)
The size of the defect 62, the existing depth, the scratch / internal defect 62
Growth potential (ie, as internal defects grow in the future,
Or not) or other static elastic properties (for example,
Analysis and diagnosis of dynamic elastic properties
Dynamic holographic images (continuous strobe video)
And can be executed in real time and in a short time.

【0050】換言すれば、被測定対象60の表面及び表
面近傍内部にパルス変調光(=励起光ビーム14a(第
1パルス変調度δ、励起波長(第1波長)λ、第1
変調周波数f))に応じた光音響信号64を発生さ
せ、この光音響信号64によって被測定対象60の表面
及び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)に摂動を与
え、表面及び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)を
弾性限界内で可逆的に塑性変形させ、このときに表面及
び表面近傍内部(特に傷・内部欠陥62)に生起される
弾性振動(フォノンを含む光音響信号66の一種)によ
って生じるブルリアン散乱やレーリー散乱等の音響・弾
性散乱現象やアコースティックエミッション(AE)に
主因してプローブ光ビーム24d(第2変調周波数f
+Δf、第2位相ψ+Δψ)に重畳されると考えられ
るドップラーシフト等の光学的変調の状態(すなわち、
光ビート動画信号36a(位相シフトΔψ及びビート周
波数Δf(=ストロボ周波数)))を検知し、検出した
光ビート動画信号36a(位相シフトΔψ及びビート周
波数Δf(=ストロボ周波数))の光学的変調の度合い
に基づいて傷・内部欠陥62の大きさや存在する深度、
傷・内部欠陥62の成長可能性(すなわち、今後内部欠
陥が成長して大きくなるか否か)等の静的弾性特性や動
的弾性特性の解析・診断を、静的・動的ホログラフィッ
クイメージ(連続ストロボ動画)を用いてリアルタイム
・短時間で実行できるようになる。
In other words, pulse modulated light (= excitation light beam 14a (first pulse modulation degree δ 1 , excitation wavelength (first wavelength) λ 1 ,
A photoacoustic signal 64 corresponding to the modulation frequency f 1 )) is generated, and the photoacoustic signal 64 perturbs the surface of the object 60 to be measured and the inside of the surface (particularly, the flaw / internal defect 62), and the surface and the vicinity of the surface are measured. The inside (especially the scratches / internal defects 62) is reversibly plastically deformed within the elastic limit, and at this time, elastic vibrations (photoacoustic signals including phonons) generated on the surface and in the vicinity of the surface (especially the scratches / internal defects 62) 66, a probe light beam 24d (second modulation frequency f 2 ) mainly due to acoustic / elastic scattering phenomena such as Brillouin scattering and Rayleigh scattering and acoustic emission (AE).
+ Δf, the state of an optical modulation such as a Doppler shift that is considered to be superimposed on the second phase ψ 2 + Δψ) (ie,
The optical beat moving image signal 36a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)) is detected, and the optical modulation of the detected optical beat moving image signal 36a (phase shift Δψ and beat frequency Δf (= strobe frequency)) is performed. Based on the degree, the size of the scratch / internal defect 62 and the existing depth,
Analysis and diagnosis of static elasticity and dynamic elasticity, such as the possibility of growth of the flaws / internal defects 62 (ie, whether or not the internal defects grow and grow in the future), are performed using static / dynamic holographic images. (Continuous strobe moving image) can be executed in real time and in a short time.

【0051】また、励起光E{δ,ω,t,
ψ}(励起光ビーム14a)の第1パルス変調度
δ、励起波長(第1波長)λ、第1変調周波数f
を、被測定対象60の物性(主に音響特性)、光吸収
長、熱伝搬領域、さらに加えて、伝播する大気の状態
(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被測定対象60の表
面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象の種類・材質等を
考慮して自在に変更できるので、傷・内部欠陥62の大
きさや存在する深度、傷・内部欠陥62の成長方向等の
静的弾性特性の診断を実行できるようになる。
Further, the excitation light E 1 1δ 1 , ω 1 , t,
The first pulse modulation degree δ 1 , the excitation wavelength (first wavelength) λ 1 , and the first modulation frequency f 1 of { 1 } (the excitation light beam 14a)
The physical properties (mainly acoustic characteristics) of the measured object 60, the light absorption length, the heat propagation area, the state of the propagating atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.), the surface state of the measured object 60 (Roughness and minute irregularities), the type and material of the inspection object, etc., can be freely changed, so that the static elasticity characteristics such as the size and depth of the flaw / internal defect 62 and the growth direction of the flaw / internal defect 62 Diagnosis can be performed.

【0052】同様に、プローブ光E{δ,ω
t,ψ}(プローブ光ビーム24a)は、伝播する大
気の状態(揺らぎ、気温、湿度、気圧等)、被測定対象
60の表面状態(荒れや微小凹凸)、検査対象の種類・
材質等を考慮するとともに、励起光E{δ,ω
t,ψ}(励起光ビーム14a)による測定場を乱さ
ないような第2波長λとパワーPに最適化されてい
るので、被測定対象60の表面及び表面近傍内部につい
ての静的弾性特性や動的弾性特性の解析・診断情報や静
的弾性特性の診断情報を解像度良く遠隔検出できるよう
になる。
Similarly, the probe light E 2 {δ 2 , ω 2 ,
t, { 2 } (probe light beam 24 a) is the state of the propagating atmosphere (fluctuation, temperature, humidity, pressure, etc.), the surface state of the measurement target 60 (roughness or minute irregularities), the type of the inspection target,
In consideration of the material, etc., the excitation light E 1 {δ 1 , ω 1 ,
Since the second wavelength λ 2 and the power P 2 are optimized so as not to disturb the measurement field due to t, { 1 } (excitation light beam 14 a), the static on the surface of the measured object 60 and the inside near the surface is static. It becomes possible to remotely detect the analysis / diagnosis information of the elastic characteristic and the dynamic elastic characteristic and the diagnostic information of the static elastic characteristic with high resolution.

【0053】なお、本発明が上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部
材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、
本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にするこ
とができる。また、各図において、同一構成要素には同
一符号を付している。
It is to be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and each embodiment can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention. Further, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment,
The number, position, shape, and the like suitable for carrying out the present invention can be obtained. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明にかかる非破壊検査装置によれ
ば、被測定対象(特に、高速道路や渠梁の構造物、ビル
ディングの外壁等、直接プローブを接触させて強度等の
診断が難しいような構造物)に対して、被測定対象の表
面及び表面近傍内部についての静的・動的弾性特性を、
ビーム断面内の2次元的な分布特性を有する位相シフト
及びビート周波数(=ストロボ周波数)に基づいて静的
・動的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)
を生成する結果、大気の揺らぎや被測定対象の表面凹凸
に影響されることなく安定・高精度・高感度に非接触・
非破壊で1画面同時一括収集して構造検査や探傷等を動
的・静的に診断することができるようになるといった効
果を奏する。
According to the nondestructive inspection apparatus of the present invention, it is difficult to diagnose the strength of the object to be measured (especially, the structure of a highway or a culvert, the outer wall of a building, etc., by directly contacting a probe. Static and dynamic elastic properties of the surface of the object to be measured and the interior near the surface,
Static and dynamic holographic images (continuous strobe video) based on phase shift and beat frequency (= strobe frequency) having two-dimensional distribution characteristics in the beam cross section
As a result, stable, high-precision, high-sensitivity non-contact
It is possible to collectively collect non-destructively one screen at the same time and to dynamically and statically diagnose structural inspection, flaw detection, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる非破壊検査装置の一実施形態を
説明するための光学システム図である。
FIG. 1 is an optical system diagram for explaining an embodiment of a nondestructive inspection apparatus according to the present invention.

【図2】第1従来技術の光音響検出方法を説明するため
の光音響検出光学システム図である。
FIG. 2 is a diagram of a photoacoustic detection optical system for describing a photoacoustic detection method according to a first related art.

【図3】光音響効果の原理を説明するための表面近傍の
試料断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a sample near the surface for explaining the principle of the photoacoustic effect.

【図4】共通光路形干渉計を用いた第2従来技術の光音
響検出方法を説明するための光音響検出光学システム図
である。
FIG. 4 is a photoacoustic detection optical system diagram for explaining a photoacoustic detection method of a second related art using a common optical path interferometer.

【図5】図4の共通光路形干渉計において、熱拡散長の
増加による熱膨張変位検出感度の低下の様子を説明する
ための表面近傍の試料断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a sample near the surface for explaining how the detection sensitivity for thermal expansion displacement decreases due to an increase in thermal diffusion length in the common optical path interferometer of FIG.

【図6】図4の共通光路形干渉計において、試料表面の
荒れや微小凹凸によるプローブ光及び参照光のコヒーレ
ンスの低下の様子を説明するための表面近傍の試料断面
図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the sample near the surface in the common optical path interferometer of FIG. 4 for explaining how the coherence of the probe light and the reference light is reduced due to roughness and minute irregularities on the sample surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…励起光生成手段(励起光用レーザ) 12…励起光用位相変調手段(電気光学素子、駆動用ド
ライバ) 14…励起光ビーム生成手段(励起光用コリメータ) 14a…励起光ビーム(平行光) 16…ミラー 20…プローブ光生成手段(プローブ光用レーザ) 22…プローブ光用位相変調手段(電気光学素子、駆動
用ドライバ) 24…プローブ光ビーム生成手段(プローブ光用コリメ
ータ) 24a…プローブ光ビーム(平行光) 24b…プローブ光ビーム(参照光) 26…プローブ光分割手段(プローブ光用ビームスプリ
ッタ) 28…合波手段(合波用ビームスプリッタ) 30…受光手段(レンズ、コリメータ) 32…波長選択手段(分光器) 36…複屈折光学手段(BSO) 36a…光ビート動画信号 38…ミラー 40…干渉ミラー 42…画像形成手段(CCD) 44…タイミング制御手段(ファンクションジェネレー
タ) 44a…第1同期信号 44b…第2同期信号 44c…第3同期信号 44d…第4同期信号 46…診断手段(パーソナルコンピュータ) 48…診断表示手段(ディスプレイ) 50…データ収集手段(ロックインアンプ) 52…画像表示手段(ビデオモニタ) θ…ブラッグ回折角 60…被測定対象 62…傷・内部欠陥 64…光音響信号、アコースティックエミッション
Reference Signs List 10 excitation light generation means (excitation light laser) 12 excitation light phase modulation means (electro-optical element, driver) 14 excitation light beam generation means (excitation light collimator) 14a excitation light beam (parallel light) 16 ... Mirror 20 ... Probe light generating means (probe light laser) 22 ... Probe light phase modulation means (electro-optical element, driving driver) 24 ... Probe light beam generating means (probe light collimator) 24a ... Probe light Beam (parallel light) 24b ... Probe light beam (reference light) 26 ... Probe light splitting means (beam splitter for probe light) 28 ... Combining means (beam splitter for multiplexing) 30 ... Light receiving means (lens, collimator) 32 ... Wavelength selecting means (spectroscope) 36 Birefringent optical means (BSO) 36a Optical moving picture signal 38 Mirror 40 Interference 42: Image forming means (CCD) 44: Timing control means (function generator) 44a: First synchronization signal 44b: Second synchronization signal 44c: Third synchronization signal 44d: Fourth synchronization signal 46: Diagnosis means (personal computer) 48 diagnostic display means (display) 50 data collection means (lock-in amplifier) 52 image display means (video monitor) θ Bragg diffraction angle 60 subject to be measured 62 scratch / internal defect 64 photoacoustic signal, acoustic Emission

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直接プローブを接触させることが難しい
ような被測定対象の表面及び表面近傍内部についての静
的・動的弾性特性を、大気の揺らぎや被測定対象の表面
凹凸に影響されることなく安定・高精度・高感度に非接
触・非破壊で1フレーム同時一括収集して構造検査や探
傷等を動的・静的に診断する非破壊検査装置であって、 前記被測定対象の略同一位置に励起光ビーム及びプロー
ブ光ビームを照射し、当該被測定対象の表面及び表面近
傍内部に当該励起光ビームに応じた光音響信号を発生さ
せ、当該光音響信号によって前記被測定対象の表面及び
表面近傍内部に摂動を与え、表面及び表面近傍内部を弾
性限界内で可逆的に塑性変形させ、当該表面及び表面近
傍内部に弾性振動を生起する送信光学系と、 前記被測定対象で反射されてきた前記プローブ光ビーム
を受光し、当該受光したプローブ光ビームを、当該受光
したプローブ光ビームが照射された測定面内全体に渡っ
て光学的に連続したイメージ形態で一括して同時に光ヘ
テロダイン検波して連続ストロボ動画としての静的・動
的ホログラフィックイメージを生成し、当該光ヘテロダ
イン検波時に生成・出力されるビート周波数をストロボ
周波数として当該静的・動的ホログラフィックイメージ
をストロボ撮影し、当該静的・動的ホログラフィックイ
メージの情報に基づいて前記被測定対象の表面や表面下
における弾性構造評価や探傷結果の評価に係る前記静的
弾性特性及び/または前記動的弾性特性を求める受信光
学系とを有することを特徴とする非破壊検査装置。
1. The static and dynamic elastic characteristics of the surface of a measured object and the vicinity of the surface where it is difficult to directly contact the probe are affected by fluctuations in the atmosphere and surface irregularities of the measured object. A non-destructive inspection device that collects one frame at a time in a stable, high-accuracy, high-sensitivity, non-contact, non-destructive, and dynamically and statically diagnoses structural inspection and flaw detection, etc. The same position is irradiated with an excitation light beam and a probe light beam to generate a photoacoustic signal corresponding to the excitation light beam on the surface of the object to be measured and inside the vicinity of the surface, and the surface of the object to be measured is generated by the photoacoustic signal. And a perturbation inside the vicinity of the surface, reversibly plastically deform the surface and inside the vicinity of the surface within the elastic limit, and a transmission optical system that generates an elastic vibration on the surface and inside the vicinity of the surface, and is reflected by the object to be measured. hand The probe light beam is received, and the received probe light beam is collectively and simultaneously subjected to optical heterodyne detection in an optically continuous image form over the entire measurement surface irradiated with the received probe light beam. To generate a static / dynamic holographic image as a continuous strobe moving image, strobe-photograph the static / dynamic holographic image using the beat frequency generated / output during the optical heterodyne detection as the strobe frequency, and Optical system for obtaining the static elasticity property and / or the dynamic elasticity property related to the evaluation of the elastic structure or the flaw detection result on the surface or under the surface of the object to be measured based on information of a dynamic / dynamic holographic image And a non-destructive inspection device.
【請求項2】 前記静的弾性特性は前記被測定対象の表
面及び表面近傍内部についての振動モードの定常特性を
含むことを特徴とする請求項1に記載の非破壊検査装
置。
2. The non-destructive inspection apparatus according to claim 1, wherein the static elasticity characteristic includes a steady-state characteristic of a vibration mode on the surface of the object to be measured and inside the vicinity of the surface.
【請求項3】 前記動的弾性特性は、前記被測定対象の
表面及び表面近傍内部についての振動モード特性、スペ
クトル特性、励起波長依存性、変調周波数依存性、ある
いはこれらの過渡特性の少なくともいずれかを含むこと
を特徴とする請求項1に記載の非破壊検査装置。
3. The dynamic elastic characteristic is at least one of a vibration mode characteristic, a spectral characteristic, an excitation wavelength dependence, a modulation frequency dependence, and a transient characteristic of the surface of the object to be measured and the vicinity of the surface. The non-destructive inspection device according to claim 1, comprising:
【請求項4】 前記弾性振動に主因して前記プローブ光
ビームに重畳される光学的変調の状態は、前記光ビート
動画信号における位相シフト及び/または前記ビート周
波数を含むことを特徴とする請求項1に記載の非破壊検
査装置。
4. The optical modulation state superimposed on the probe light beam mainly due to the elastic vibration includes a phase shift in the optical beat moving image signal and / or the beat frequency. 2. The nondestructive inspection device according to 1.
【請求項5】 前記受信光学系は、 前記被測定対象で反射されてきた前記プローブ光ビーム
を受信し、前記表面及び表面近傍内部に生起される前記
弾性振動に主因して当該プローブ光ビームに重畳される
光ビート動画信号を、前記励起光ビームを参照光とする
前記光ヘテロダイン検波である光混合検波を用いて検知
し、当該検出した光ビート動画信号をストロボ周期とし
光学的変調の度合いをホログラフィックイメージとする
連続ストロボ動画である前記静的・動的ホログラフィッ
クイメージを生成・出力する光ヘテロダイン干渉光学系
と、 前記静的・動的ホログラフィックイメージを前記ストロ
ボ周期に基づいて受光して光電変換信号を生成・出力す
るとともに、当該静的・動的ホログラフィックイメージ
の可視化を行う画像表示系と、 前記静的・動的ホログラフィックイメージに基づいて、
前記被測定対象の表面及び表面近傍内部における傷・内
部欠陥の大きさ若しくは存在する深度、及び/または傷
・内部欠陥の成長可能性を含む前記静的弾性特性及び/
または前記動的弾性特性の解析・診断を、前記静的・動
的ホログラフィックイメージ(連続ストロボ動画)の前
記ストロボ周期に同期してリアルタイムで実行する解析
・診断処理系とを有することを特徴とする請求項2乃至
4のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
5. The receiving optical system receives the probe light beam reflected by the measured object, and generates the probe light beam mainly due to the elastic vibration generated inside the surface and the vicinity of the surface. The optical beat moving image signal to be superimposed is detected using optical mixing detection which is the optical heterodyne detection using the excitation light beam as the reference light, and the detected optical beat moving image signal is used as a strobe period to determine the degree of optical modulation. An optical heterodyne interference optical system that generates and outputs the static / dynamic holographic image that is a continuous strobe moving image to be a holographic image, and receives the static / dynamic holographic image based on the strobe cycle. An image display system that generates and outputs a photoelectric conversion signal and visualizes the static / dynamic holographic image; Based on static and dynamic holographic images,
The static elasticity properties and / or the size or depth of the flaws / internal defects and / or the growth potential of flaws / internal defects on the surface and inside the vicinity of the surface of the object to be measured.
Alternatively, there is provided an analysis / diagnosis processing system which executes analysis / diagnosis of the dynamic elastic characteristic in real time in synchronization with the strobe cycle of the static / dynamic holographic image (continuous strobe moving image). The non-destructive inspection device according to claim 2.
【請求項6】 前記送信光学系は、 所定の第1変調周波数及び/または所定の第1パルス変
調度で変調された所定の第1波長を有する励起光を所定
径のビーム状にコリメーションしてターゲットとなる前
記被測定対象の表面に照射する励起光送信光学系と、 所定の第2変調周波数及び/または所定の第2パルス変
調度に応じてパルス変調された第2波長を有するプロー
ブ光を第2ビーム径のビーム状にコリメーションして前
記プローブ光ビームを生成するとともに、前記励起光ビ
ームを照射する前記被測定対象の表面と略同一位置に当
該プローブ光ビームを照射するプローブ光送信光学系と
を備えることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一
項に記載の非破壊検査装置。
6. The transmission optical system collimates an excitation light having a predetermined first wavelength modulated at a predetermined first modulation frequency and / or a predetermined first pulse modulation degree into a beam having a predetermined diameter. An excitation light transmitting optical system for irradiating a surface of the target to be measured with a target; and a probe light having a second wavelength pulse-modulated according to a predetermined second modulation frequency and / or a predetermined second pulse modulation degree. A probe light transmission optical system for generating the probe light beam by collimating into a beam shape having a second beam diameter, and irradiating the probe light beam at substantially the same position as the surface of the measured object to which the excitation light beam is irradiated The nondestructive inspection apparatus according to claim 2, further comprising:
【請求項7】 前記励起光送信光学系は、 所定波長、所定パワーの励起光を生成・出力する励起光
生成手段と、 前記励起光生成手段が生成・出力する励起光を前記第1
変調周波数で所定のパルス変調度で変調して出力するも
のであって、所定の第1同期信号に同期して前記第1変
調周波数及び前記パルス変調度に応じた変調処理を行う
ための駆動信号を生成・出力する駆動用ドライバと、前
記第1同期信号に同期して駆動信号に応じた変調を行っ
た後の励起光を生成・出力する電気光学素子を備えた励
起光用位相変調手段と、 前記第1同期信号に同期して駆動信号に応じた変調を行
った後の励起光を、前記被測定対象上の観測エリアに応
じたビーム断面積を有する平行光である前記励起光ビー
ムに変換する励起光ビーム生成手段と、 前記励起光ビーム生成手段でコリメーションされた前記
励起光ビームを所定面に偏向させるミラーとを有するこ
とを特徴とする請求項6に記載の非破壊検査装置。
7. The pumping light transmitting optical system includes: a pumping light generating unit that generates and outputs a pumping light having a predetermined wavelength and a predetermined power; and a pumping light that the pumping light generating unit generates and outputs.
A drive signal for outputting a signal modulated by a predetermined pulse modulation factor at a modulation frequency and performing a modulation process according to the first modulation frequency and the pulse modulation factor in synchronization with a predetermined first synchronization signal; A driving driver for generating / outputting an excitation light; and a phase modulation unit for excitation light including an electro-optical element for generating / outputting excitation light after performing modulation according to the drive signal in synchronization with the first synchronization signal. The excitation light after performing the modulation according to the drive signal in synchronization with the first synchronization signal is converted into the excitation light beam that is a parallel light having a beam cross-sectional area corresponding to an observation area on the measured object. The non-destructive inspection apparatus according to claim 6, further comprising: an excitation light beam generating unit that converts the light; and a mirror that deflects the excitation light beam collimated by the excitation light beam generation unit to a predetermined surface.
【請求項8】 前記励起光の前記第1パルス変調度と前
記プローブ光の前記第2パルス変調度とは独立して設定
されていることを特徴とする請求項6に記載の非破壊検
査装置。
8. The nondestructive inspection apparatus according to claim 6, wherein the first pulse modulation degree of the excitation light and the second pulse modulation degree of the probe light are set independently. .
【請求項9】 前記励起光生成手段は、前記第1波長と
して200nm程度の近紫外波長乃至100μm程度の
遠赤外波長領域を励起光の波長範囲とする少なくとも1
種類以上の励起光用レーザを備えることを特徴とする請
求項6に記載の非破壊検査装置。
9. The pumping light generating means according to claim 1, wherein said first wavelength is at least one wavelength range of a near ultraviolet wavelength of about 200 nm to a far infrared wavelength range of about 100 μm.
7. The nondestructive inspection apparatus according to claim 6, further comprising at least two types of lasers for excitation light.
【請求項10】 前記プローブ光送信光学系は、 前記第2波長、所定パワーのプローブ光を生成・出力す
るプローブ光用レーザであるプローブ光生成手段と、 前記プローブ光生成手段が生成・出力するプローブ光を
前記第2変調周波数で前記第2パルス変調度に応じてパ
ルス変調して出力するものであって、前記第2同期信号
に同期して前記第2変調周波数及び/または前記第2パ
ルス変調度に応じた変調処理を行うための駆動信号を生
成・出力する駆動用ドライバと、前記第2同期信号に同
期して駆動信号に応じた変調を行った後のプローブ光を
生成・出力する電気光学素子を備えたプローブ光用位相
変調手段と、 前記第2同期信号に同期して駆動信号に応じた変調を行
った後のプローブ光を、前記被測定対象上の観測エリア
に応じた前記第2ビーム径を有する平行光である前記プ
ローブ光ビームに変換して出力するプローブ光ビーム生
成手段と、 前記プローブ光ビーム生成手段から出射した前記プロー
ブ光ビームを2分するとともに、当該2分した一方のプ
ローブ光ビームを参照光として前記光ヘテロダイン干渉
光学系に与え、当該2分した他方のプローブ光ビームを
合波手段に与えるプローブ光分割手段と、 前記励起光送信光学系の前記ミラーから受け取った前記
励起光ビームと前記プローブ光分割手段から受け取った
プローブ光ビームを同一光軸上に重ね合わせて前記被測
定対象上の観測エリアに照射する合波手段とを有するこ
とを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の
非破壊検査装置。
10. The probe light transmission optical system, wherein the probe light generation means is a probe light laser for generating and outputting the probe light of the second wavelength and predetermined power, and the probe light generation means generates and outputs the probe light. The probe light is pulse-modulated at the second modulation frequency in accordance with the second pulse modulation degree, and is output. The second modulation frequency and / or the second pulse are synchronized with the second synchronization signal. A driver for generating and outputting a drive signal for performing a modulation process in accordance with a modulation factor; and generating and outputting a probe light after performing a modulation in accordance with the drive signal in synchronization with the second synchronization signal. A probe light phase modulation unit having an electro-optical element, and the probe light after performing a modulation according to a drive signal in synchronization with the second synchronization signal, the probe light corresponding to an observation area on the measurement target. A probe light beam generating means for converting into the probe light beam which is a parallel light having a second beam diameter and outputting the probe light beam; and dividing the probe light beam emitted from the probe light beam generating means into two parts, A probe light splitting means for providing one of the probe light beams as reference light to the optical heterodyne interference optical system, and providing the other half of the probe light beam to the multiplexing means; Multiplexing means for superimposing the excitation light beam and the probe light beam received from the probe light dividing means on the same optical axis and irradiating the observation light on the observation area on the object to be measured. The nondestructive inspection device according to any one of claims 1 to 9.
【請求項11】 前記プローブ光生成手段は、前記第2
波長として200nm程度の近紫外波長乃至100μm
程度の遠赤外波長領域を励起光の波長範囲とする少なく
とも1種類以上の励起光用レーザを備えることを特徴と
する請求項10に記載の非破壊検査装置。
11. The probe light generating means according to claim 2, wherein
Near UV wavelength of about 200 nm to 100 μm as wavelength
The nondestructive inspection apparatus according to claim 10, further comprising at least one kind of laser for excitation light having a wavelength range of the excitation light in a far-infrared wavelength region of a degree.
【請求項12】 前記受信光学系は、前記励起光ビーム
のエネルギーを受けて前記被測定対象の光吸収領域や熱
拡散長で決まる表面下近傍から出射される前記光音響信
号に応じた変調を受けた前記プローブ光ビームを前記被
測定対象上の観測エリアから反射されるレーザ光の中か
ら選択して前記光ヘテロダイン干渉光学系に導き、前記
光ヘテロダイン干渉光学系内に設けられた複屈折光学結
晶内で光ヘテロダイン検波を実行し、プローブ光のビー
ム断面内で2次元的な分布特性を有する前記位相シフト
及び前記ビート周波数を有する前記光ビート動画信号を
光混合検波により生起して前記画像表示系に与えるよう
に構成されていることを特徴とする請求項4乃至11の
いずれか一項に記載の非破壊検査装置。
12. The receiving optical system receives the energy of the excitation light beam and modulates the light according to the photoacoustic signal emitted from the vicinity of a surface determined by a light absorption region and a thermal diffusion length of the object to be measured. The probe light beam received is selected from laser light reflected from an observation area on the object to be measured and guided to the optical heterodyne interference optical system, and a birefringent optical element provided in the optical heterodyne interference optical system is provided. Optical heterodyne detection is performed in the crystal, and the optical beat moving image signal having the phase shift and the beat frequency having a two-dimensional distribution characteristic in the beam cross section of the probe light is generated by optical mixing detection to display the image. The non-destructive inspection apparatus according to any one of claims 4 to 11, wherein the apparatus is configured to be applied to a system.
【請求項13】 前記被測定対象上の観測エリアから反
射されるレーザ光をレンズで集光するとともに、集光し
たレーザ光をコリメータでコリメーションして後段の波
長選択手段に与える受光手段と、 前記受光手段から受け取ったレーザ光の中に含まれる前
記光音響信号に応じた変調を受けた前記プローブ光ビー
ムを少なくとも選択して後段の前記光ヘテロダイン干渉
光学系に与える波長選択手段と、 前記波長選択手段から受け取った前記光音響信号に応じ
た変調を受けた前記プローブ光ビームと前記参照光とし
てのプローブ光ビームとを、所定のブラッグ回折角を有
する複屈折光学手段内で干渉させて光ヘテロダイン検波
を実行し、プローブ光のビーム断面内の2次元的な分布
特性を有する前記位相シフト及び前記ビート周波数を有
する前記光ビート動画信号を光ヘテロダイン検波(光混
合検波、光ビート検波)によって生起して画像表示系に
与える前記光ヘテロダイン干渉光学系とを有することを
特徴とする請求項12に記載の非破壊検査装置。
13. A light receiving means for converging laser light reflected from an observation area on the object to be measured by a lens, collimating the condensed laser light by a collimator, and providing the collimated laser light to a subsequent wavelength selecting means, Wavelength selecting means for selecting at least the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal included in the laser light received from the light receiving means and providing the probe light beam to the subsequent optical heterodyne interference optical system; and Optical heterodyne detection by causing the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal received from the means and the probe light beam as the reference light to interfere in birefringent optical means having a predetermined Bragg diffraction angle. Before having the phase shift and the beat frequency having a two-dimensional distribution characteristic in the beam cross section of the probe light. 13. The nondestructive inspection apparatus according to claim 12, further comprising: the optical heterodyne interference optical system which generates an optical beat moving image signal by optical heterodyne detection (optical mixed detection and optical beat detection) and provides the optical display to an image display system. .
【請求項14】 前記光ヘテロダイン干渉光学系は、干
渉ミラーと共にマイケルソン干渉光学系を構成し、前記
光音響信号に応じた変調を受けたプローブ光ビームを前
記波長選択手段から受け取るとともに、前記プローブ光
分割手段から前記参照光としてのプローブ光ビームを受
け取り、当該光音響信号に応じた変調を受けたプローブ
光ビームと当該参照光としてのプローブ光ビームとを前
記複屈折光学手段内で直交・干渉させて前記光混合検波
を実行して前記光ビート動画信号を出力するように構成
されていることを特徴とする請求項13に記載の非破壊
検査装置。
14. The optical heterodyne interference optical system constitutes a Michelson interference optical system together with an interference mirror, and receives a probe light beam modulated according to the photoacoustic signal from the wavelength selection means, and The probe light beam as the reference light is received from the light splitting means, and the probe light beam modulated according to the photoacoustic signal and the probe light beam as the reference light are orthogonally and interfered in the birefringent optical means. 14. The non-destructive inspection apparatus according to claim 13, wherein the optical mixing detection is executed to output the optical beat moving image signal.
【請求項15】 前記複屈折光学手段は、複屈折光学結
晶を含むことを特徴とする請求項14に記載の非破壊検
査装置。
15. The nondestructive inspection apparatus according to claim 14, wherein the birefringent optical means includes a birefringent optical crystal.
【請求項16】 前記複屈折光学結晶は、ビスマス・シ
リコン酸化物の光学結晶を含むことを特徴とする請求項
14に記載の非破壊検査装置。
16. The non-destructive inspection apparatus according to claim 14, wherein the birefringent optical crystal includes a bismuth silicon oxide optical crystal.
【請求項17】 前記複屈折光学結晶は、方解石の光学
結晶を含むことを特徴とする請求項14に記載の非破壊
検査装置。
17. The nondestructive inspection device according to claim 14, wherein the birefringent optical crystal includes a calcite optical crystal.
【請求項18】 前記解析・診断処理系は、前記画像形
成手段から受け取った前記静的・動的ホログラフィック
イメージを第4同期信号に同期してサンプリングし、前
記静的弾性特性及び/または前記動的弾性特性の解析や
診断に用いる前記静的・動的ホログラフィックイメージ
に係るデータを生成・出力するデータ収集手段を備える
ことを特徴とする請求項2乃至17のいずれか一項に記
載の非破壊検査装置。
18. The analysis / diagnosis processing system, wherein the static / dynamic holographic image received from the image forming means is sampled in synchronization with a fourth synchronization signal, and the static / elasticity characteristic and / or the static / dynamic holographic image are sampled. 18. The apparatus according to claim 2, further comprising a data collection unit configured to generate and output data on the static / dynamic holographic image used for analysis and diagnosis of a dynamic elastic characteristic. Non-destructive inspection equipment.
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JP2017219318A (en) * 2016-06-02 2017-12-14 株式会社島津製作所 Defect inspection method and defect inspection device
CN113227781A (en) * 2018-12-20 2021-08-06 株式会社岛津制作所 Defect inspection apparatus and defect inspection method
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