JP2944441B2 - 散乱表面からの過渡的運動検出用の装置および方法 - Google Patents
散乱表面からの過渡的運動検出用の装置および方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には散乱表面から
過渡的な運動を光学的に検出する方法および装置に関す
る。本発明は、より特別には、例えば超音波により発生
させられる光学的位相変調を検出し、表面上におけるこ
の運動の映像を発生させ、および、超音波により励起さ
れる物体の超音波映像を発生させることを指向してい
る。
過渡的な運動を光学的に検出する方法および装置に関す
る。本発明は、より特別には、例えば超音波により発生
させられる光学的位相変調を検出し、表面上におけるこ
の運動の映像を発生させ、および、超音波により励起さ
れる物体の超音波映像を発生させることを指向してい
る。
【０００２】
【従来の技術】光波の位相変調または周波数変調の検出
は、光ビームが物体の運動を検出するために用いられる
種々の応用分野について重要である。このことは、振動
のレーザ式検出の場合、および超音波および衝撃力の衝
撃により発生する過渡的な物体変形のレーザ式検出の場
合の問題である。
は、光ビームが物体の運動を検出するために用いられる
種々の応用分野について重要である。このことは、振動
のレーザ式検出の場合、および超音波および衝撃力の衝
撃により発生する過渡的な物体変形のレーザ式検出の場
合の問題である。
【０００３】実用的な応用について特に興味があるの
は、超音波または衝撃波がレーザにより発生する場合の
ことである。この場合においては、完全に遠隔の超音波
検査システムが実現されることができ、その場合には例
えば上昇した温度における超音波式のプロービングが許
容される。したがって、レーザ発生および光学的検出に
もとづく技術が、プロセスおよび品質の制御のために高
温度における材料例えばあらゆる金属およびセラミック
ス、を検査し、プロセスに欠陥が発生するとすぐに該欠
陥を検出し、生産パラメータ例えば厚さ、温度等を測定
し、およびオンラインの微細な構造上の特性、例えば粒
子の寸法、有孔度等、を測定するのに、有利に用いられ
ることができる。この技術はまた、複雑な形状の部品、
例えば重合体マトリックス複合体材料で作られ進歩した
航空および宇宙空間用構造に用いられるもの、を検査す
るのに特に有利である。
は、超音波または衝撃波がレーザにより発生する場合の
ことである。この場合においては、完全に遠隔の超音波
検査システムが実現されることができ、その場合には例
えば上昇した温度における超音波式のプロービングが許
容される。したがって、レーザ発生および光学的検出に
もとづく技術が、プロセスおよび品質の制御のために高
温度における材料例えばあらゆる金属およびセラミック
ス、を検査し、プロセスに欠陥が発生するとすぐに該欠
陥を検出し、生産パラメータ例えば厚さ、温度等を測定
し、およびオンラインの微細な構造上の特性、例えば粒
子の寸法、有孔度等、を測定するのに、有利に用いられ
ることができる。この技術はまた、複雑な形状の部品、
例えば重合体マトリックス複合体材料で作られ進歩した
航空および宇宙空間用構造に用いられるもの、を検査す
るのに特に有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】実用上の興味のあらゆ
る場合において、物体の超音波による励起は、該物体の
表面において極めて小なる変位を発生させ、該変位は、
対応する極めて小なる位相または周波数の動揺へ変換さ
れる。したがって、鋭敏な検出技術が用いられねばなら
ず、該検出技術は、実際には、光干渉測定にもとづく技
術を意味する。実際には、プローブされる表面は粗面で
あるから、超音波情報はスペックルをもつ光ビームへコ
ード化され、また、適切な干渉測定技術が、全スペック
ルフィールドにわたり効果的に統合するか、または、収
集された光ビームのスペックル性質とは独立な、復調を
実行するかすべきである。種々の米国特許において、出
願人は、このような条件下における敏感な検出用の干渉
測定計画を記述している。これらの計画はすべて、大な
るエタンデュのパラメータ（視野面積・入口立体角積の
パラメータ）により、特徴づけられている。
る場合において、物体の超音波による励起は、該物体の
表面において極めて小なる変位を発生させ、該変位は、
対応する極めて小なる位相または周波数の動揺へ変換さ
れる。したがって、鋭敏な検出技術が用いられねばなら
ず、該検出技術は、実際には、光干渉測定にもとづく技
術を意味する。実際には、プローブされる表面は粗面で
あるから、超音波情報はスペックルをもつ光ビームへコ
ード化され、また、適切な干渉測定技術が、全スペック
ルフィールドにわたり効果的に統合するか、または、収
集された光ビームのスペックル性質とは独立な、復調を
実行するかすべきである。種々の米国特許において、出
願人は、このような条件下における敏感な検出用の干渉
測定計画を記述している。これらの計画はすべて、大な
るエタンデュのパラメータ（視野面積・入口立体角積の
パラメータ）により、特徴づけられている。
【０００５】このエタンデュのパラメータ（またはスル
ープット）は、有効入口開口面積に入口開口の中心を通
る最大傾斜の光線により限定される立体角を乗じたも
の、したがって視野を規定するもの、として規定され
る。最大傾斜の光線は、フリンジの４分の１だけの干渉
パターンの偏位を発生させるものとして規定されること
ができる。エタンデュの重要性は、幾何光学の枠内にお
ける不変性から派生する。大なるエタンデュのために、
大なる寸法の光収集光学装置を選択し、その場合に製造
費および実用上の実現可能性にのみ制限されるのであ
り、および、大なる区域にわたり表面の運動を検出する
ことが可能になる。
ープット）は、有効入口開口面積に入口開口の中心を通
る最大傾斜の光線により限定される立体角を乗じたも
の、したがって視野を規定するもの、として規定され
る。最大傾斜の光線は、フリンジの４分の１だけの干渉
パターンの偏位を発生させるものとして規定されること
ができる。エタンデュの重要性は、幾何光学の枠内にお
ける不変性から派生する。大なるエタンデュのために、
大なる寸法の光収集光学装置を選択し、その場合に製造
費および実用上の実現可能性にのみ制限されるのであ
り、および、大なる区域にわたり表面の運動を検出する
ことが可能になる。
【０００６】１９８７年４月２１日発行の米国特許第４
６５９２２４号「超音波エネルギの光干渉計的な受領」
の出願人により記述された装置においては、共焦点のフ
ァブリ・ペロ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）装置が伝送に
用いられ、スペックル効果とは独立的な表面の運動をあ
らわす信号が発生させる。１９９０年１０月３０日発行
の米国特許第４９６６４５９号「散乱表面からの過渡的
表面運動の広帯域の光学的検出」において、出願人は同
じ形式の干渉計を使用することを記述しており、該干渉
計はマッハ・ツェーンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）
の干渉計装置内で使用され、または極めて広い検出範囲
をもつ同じ能力を提供するために反射構成内で使用され
ることが可能である。さらに、より広い検出の帯域幅、
特に数KHz から約１MHz までの低い超音波周波数範囲を
包含する帯域幅が、１９９２年７月２１日発行の米国特
許第５１３１７４８号「光屈折結晶における２波混合の
使用にもとづく散乱表面からの過渡的運動の広帯域光学
的検出」において、出願人とＰ．Ｋ．Ｉｎｇにより記述
されている。
６５９２２４号「超音波エネルギの光干渉計的な受領」
の出願人により記述された装置においては、共焦点のフ
ァブリ・ペロ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）装置が伝送に
用いられ、スペックル効果とは独立的な表面の運動をあ
らわす信号が発生させる。１９９０年１０月３０日発行
の米国特許第４９６６４５９号「散乱表面からの過渡的
表面運動の広帯域の光学的検出」において、出願人は同
じ形式の干渉計を使用することを記述しており、該干渉
計はマッハ・ツェーンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）
の干渉計装置内で使用され、または極めて広い検出範囲
をもつ同じ能力を提供するために反射構成内で使用され
ることが可能である。さらに、より広い検出の帯域幅、
特に数KHz から約１MHz までの低い超音波周波数範囲を
包含する帯域幅が、１９９２年７月２１日発行の米国特
許第５１３１７４８号「光屈折結晶における２波混合の
使用にもとづく散乱表面からの過渡的運動の広帯域光学
的検出」において、出願人とＰ．Ｋ．Ｉｎｇにより記述
されている。
【０００７】以上に記述された従来技術は意図される機
能を適切に遂行するが、該従来技術は物体の表面上の単
一の場所に関する情報を提供するのみである。興味のあ
る特性、例えば厚さ、有孔度、微細構造、欠陥の存在お
よび位置、をあらわす物体の超音波映像を得るために
は、検出用レーザビームは、通常、物体の表面にわた
り、回転反射鏡を用いて走査される。その代りに、物体
がレーザビームの正面において運動させられることもで
きる。そのような手法は、適正に作動するのであるが、
大なる表面区域が走査されるべき場合には、低速度のも
のであり、貴重な時間を消費するものである。本発明
は、光学的走査を用いることなく物体の超音波映像を発
生させ、物体の表面上の複数の点に起源をもつ信号を同
時に検出することができる方法および装置を記述する。
能を適切に遂行するが、該従来技術は物体の表面上の単
一の場所に関する情報を提供するのみである。興味のあ
る特性、例えば厚さ、有孔度、微細構造、欠陥の存在お
よび位置、をあらわす物体の超音波映像を得るために
は、検出用レーザビームは、通常、物体の表面にわた
り、回転反射鏡を用いて走査される。その代りに、物体
がレーザビームの正面において運動させられることもで
きる。そのような手法は、適正に作動するのであるが、
大なる表面区域が走査されるべき場合には、低速度のも
のであり、貴重な時間を消費するものである。本発明
は、光学的走査を用いることなく物体の超音波映像を発
生させ、物体の表面上の複数の点に起源をもつ信号を同
時に検出することができる方法および装置を記述する。
【０００８】本発明の１つの目的は、励起された物体の
過渡的運動をあらわす複数の信号を同時に検出する方法
および装置を提供することにより前記の従来技術におけ
る制限を克服することを実現することにある。
過渡的運動をあらわす複数の信号を同時に検出する方法
および装置を提供することにより前記の従来技術におけ
る制限を克服することを実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明においては、散乱
表面へのコヒーレントな光のビームを発生させそれによ
りレーザビームを散乱させる手段、散乱した光を収集し
複数の変調された光学的信号へ分割する手段、複数の変
調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあらわす復
調された信号を発生させる手段、および、復調された信
号を同時に検出し、過渡的運動をあらわす電気信号へ変
換する検出手段、を具備することを特徴とする散乱表面
から過渡的運動を検出する装置が提供される。
表面へのコヒーレントな光のビームを発生させそれによ
りレーザビームを散乱させる手段、散乱した光を収集し
複数の変調された光学的信号へ分割する手段、複数の変
調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあらわす復
調された信号を発生させる手段、および、復調された信
号を同時に検出し、過渡的運動をあらわす電気信号へ変
換する検出手段、を具備することを特徴とする散乱表面
から過渡的運動を検出する装置が提供される。
【００１０】本発明においてはまた、コヒーレントな光
のビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレー
ザビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の
信号を発生させる手段、複数の変調された信号を同時に
復調し、過渡的運動をあらわす復調された信号を発生さ
せる手段であって、複数の区分された復調器の形式をも
つもの、および、検出器の列の形式をもつ検出手段であ
って復調された信号を同時に検出しそれを過渡的運動を
あらわす電気信号へ変換するもの、を具備することを特
徴とする散乱表面から過渡的運動を検出する装置、が提
供される。本発明においてはまた、コヒーレントな光の
ビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレーザ
ビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の信
号を発生させる手段、複数の変調された信号を同時に復
調し、過渡的運動をあらわす復調された信号を発生させ
る手段、散乱表面と復調手段の中間にある光学的導波手
段、および、検出器の列の形式をもつ検出手段であっ
て、復調された信号を同時に検出しそれを、過渡的運動
をあらわす電気信号へ変換するもの、を具備することを
特徴とする散乱表面から過渡的運動を検出する装置、が
提供される。本発明においてはまた、コヒーレントな光
のビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレー
ザビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の
信号を発生させる手段、および、複数の非線形の結晶で
あって、複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的
運動をあらわす復調された信号を発生させ、この復調さ
れた信号を過渡的な運動をあらわす電気信号へ同時に変
換するもの、を具備することを特徴とする散乱表面から
過渡的運動を検出する装置、が提供される。本発明にお
いてはまた、散乱表面へレーザビームを指向させそれに
よりレーザビームを散乱させ変調された信号の形式の複
数の信号を発生させる段階、複数の変調された信号を同
時に復調し過渡的な運動をあらわす復調された信号を発
生させる段階、および、復調された信号を同時に検出し
過渡的な運動をあらわす電気信号へ変換する段階、を具
備することを特徴とする散乱表面からの過渡的運動検出
用の方法、が提供される。
のビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレー
ザビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の
信号を発生させる手段、複数の変調された信号を同時に
復調し、過渡的運動をあらわす復調された信号を発生さ
せる手段であって、複数の区分された復調器の形式をも
つもの、および、検出器の列の形式をもつ検出手段であ
って復調された信号を同時に検出しそれを過渡的運動を
あらわす電気信号へ変換するもの、を具備することを特
徴とする散乱表面から過渡的運動を検出する装置、が提
供される。本発明においてはまた、コヒーレントな光の
ビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレーザ
ビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の信
号を発生させる手段、複数の変調された信号を同時に復
調し、過渡的運動をあらわす復調された信号を発生させ
る手段、散乱表面と復調手段の中間にある光学的導波手
段、および、検出器の列の形式をもつ検出手段であっ
て、復調された信号を同時に検出しそれを、過渡的運動
をあらわす電気信号へ変換するもの、を具備することを
特徴とする散乱表面から過渡的運動を検出する装置、が
提供される。本発明においてはまた、コヒーレントな光
のビームを散乱表面へ向けて発生させ、それによりレー
ザビームを散乱させ変調された信号の形式をもつ複数の
信号を発生させる手段、および、複数の非線形の結晶で
あって、複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的
運動をあらわす復調された信号を発生させ、この復調さ
れた信号を過渡的な運動をあらわす電気信号へ同時に変
換するもの、を具備することを特徴とする散乱表面から
過渡的運動を検出する装置、が提供される。本発明にお
いてはまた、散乱表面へレーザビームを指向させそれに
よりレーザビームを散乱させ変調された信号の形式の複
数の信号を発生させる段階、複数の変調された信号を同
時に復調し過渡的な運動をあらわす復調された信号を発
生させる段階、および、復調された信号を同時に検出し
過渡的な運動をあらわす電気信号へ変換する段階、を具
備することを特徴とする散乱表面からの過渡的運動検出
用の方法、が提供される。
【００１１】「過渡的な運動」という表現は、零でない
加速度を有する運動を意味する。そのような表現は、あ
らゆる振動運動を包含するが、ただし一定速度の運動を
除外する。本発明は、超音波エネルギの支配下にある材
料の、小なる表面変形または変位の迅速な映像形成を行
うのに、特に有用である。
加速度を有する運動を意味する。そのような表現は、あ
らゆる振動運動を包含するが、ただし一定速度の運動を
除外する。本発明は、超音波エネルギの支配下にある材
料の、小なる表面変形または変位の迅速な映像形成を行
うのに、特に有用である。
【００１２】本発明の実施例が、添付図面を参照しつつ
以下に記述される。
以下に記述される。
【００１３】
【実施例】図１を参照すると、レーザ源１２から発生す
る広幅のレーザビーム１０は、超音波エネルギに支配さ
れる材料または被加工片の表面１４へ指向される。広幅
のレーザビームによりプローブされる表面１４の超音波
変位は超音波圧電トランスジューサ、または他の手段例
えば放電、投射的衝撃、または大強度のレーザパルスに
より発生させられるが、該超音波変位は歪みを生じた材
料においては自然に発生し得るものである。面積ａをも
つ広幅のレーザビーム１０が表面１４に入射すると、該
レーザビームは表面により散乱させられるが、該散乱さ
せられたレーザビームは物体の超音波表面運動により位
相変調または周波数変調される。大なる範囲をもつ検出
用干渉計の形式の復調器１６は、超音波運動により発生
した周波数または位相の偏位を復調する。復調器ブロッ
ク１６は２波形または多波形のものであることが可能で
ある。
る広幅のレーザビーム１０は、超音波エネルギに支配さ
れる材料または被加工片の表面１４へ指向される。広幅
のレーザビームによりプローブされる表面１４の超音波
変位は超音波圧電トランスジューサ、または他の手段例
えば放電、投射的衝撃、または大強度のレーザパルスに
より発生させられるが、該超音波変位は歪みを生じた材
料においては自然に発生し得るものである。面積ａをも
つ広幅のレーザビーム１０が表面１４に入射すると、該
レーザビームは表面により散乱させられるが、該散乱さ
せられたレーザビームは物体の超音波表面運動により位
相変調または周波数変調される。大なる範囲をもつ検出
用干渉計の形式の復調器１６は、超音波運動により発生
した周波数または位相の偏位を復調する。復調器ブロッ
ク１６は２波形または多波形のものであることが可能で
ある。
【００１４】IEEE Transactions on Sonics and Freque
ncy Control, UFFC-33, pp485-499(1986) に発表された
論文“Optical Detection of Ultrasound"において、本
出願人は２波形の干渉計を記述している。共焦点のファ
ブリ・ペロ干渉計は、米国特許第４６５９２２４号「超
音波エネルギの光干渉計による受入れ」、および米国特
許第４９６６４５９号「散乱表面からの過渡的表面運動
の広帯域の光学的検出」に、本出願人により記述されて
いる。
ncy Control, UFFC-33, pp485-499(1986) に発表された
論文“Optical Detection of Ultrasound"において、本
出願人は２波形の干渉計を記述している。共焦点のファ
ブリ・ペロ干渉計は、米国特許第４６５９２２４号「超
音波エネルギの光干渉計による受入れ」、および米国特
許第４９６６４５９号「散乱表面からの過渡的表面運動
の広帯域の光学的検出」に、本出願人により記述されて
いる。
【００１５】同様に、光屈折形または非線形の結晶にお
ける２波混合にもとづく干渉計式の装置を用いることが
できる。適切な形態は、１９９２年７月２１日発行米国
特許第５１３１７４８号「光屈折性結晶における２波混
合による散乱表面からの過渡的運動の広帯域の光学的検
出」に記述されている。このシステムの１つの具体例が
図１０に示される。その代りとして、図８および図９
は、共焦点のファブリ・ペロ干渉計を有する他の２つの
従来形を示す。
ける２波混合にもとづく干渉計式の装置を用いることが
できる。適切な形態は、１９９２年７月２１日発行米国
特許第５１３１７４８号「光屈折性結晶における２波混
合による散乱表面からの過渡的運動の広帯域の光学的検
出」に記述されている。このシステムの１つの具体例が
図１０に示される。その代りとして、図８および図９
は、共焦点のファブリ・ペロ干渉計を有する他の２つの
従来形を示す。
【００１６】再び第１図を参照すると、図解の目的のた
めに、広幅のビーム１０の面積ａ内において、表面上の
無数の点のなかの２つの点だけが示される。検出器の列
の形式の検出手段が復調器１６の後方に位置づけられ、
復調器により発生される復調された信号を受理する。列
における各検出器１８は表面の面積ａ内における特定の
場所または小区域に関する情報を検出する。これは、カ
メラにより記録され個別の数の画素に記憶される１つの
映像に、幾らか類似している。
めに、広幅のビーム１０の面積ａ内において、表面上の
無数の点のなかの２つの点だけが示される。検出器の列
の形式の検出手段が復調器１６の後方に位置づけられ、
復調器により発生される復調された信号を受理する。列
における各検出器１８は表面の面積ａ内における特定の
場所または小区域に関する情報を検出する。これは、カ
メラにより記録され個別の数の画素に記憶される１つの
映像に、幾らか類似している。
【００１７】本発明においては、散乱表面１４の面積ａ
は広幅のビームのレーザ１２により照明される。面積ａ
の表面１４に関する情報を包含する、結果としての散乱
したビームは、復調され、ｎ個の検出器の列は、照明さ
れた面積ａ内におけるｎ個の個別の小区域に関する情報
を同時に検出する。有利なものにするためには、検出器
１８の列が、復調された、情報を担持する信号を同時に
検出し、電気信号へ変換する手段を備えるようにする。
は広幅のビームのレーザ１２により照明される。面積ａ
の表面１４に関する情報を包含する、結果としての散乱
したビームは、復調され、ｎ個の検出器の列は、照明さ
れた面積ａ内におけるｎ個の個別の小区域に関する情報
を同時に検出する。有利なものにするためには、検出器
１８の列が、復調された、情報を担持する信号を同時に
検出し、電気信号へ変換する手段を備えるようにする。
【００１８】照明用の広幅のレーザビーム１０は完全に
均一な強度分布を有しない可能性がありまた表面１４の
光反射または散乱特性は観察される区域ａにわたって変
化する可能性があるから、各検出器の信号を検出器によ
り受理される光の量に対し正規化する電子回路が用いら
れる。これは、収集された光をあらわす検出器の直流出
力を交流出力から分離するための容量結合を用いること
により、便利に遂行される。交流信号と直流信号の分割
の後に、表面過渡現象または超音波運動をあらわす、正
規化された信号が得られる。
均一な強度分布を有しない可能性がありまた表面１４の
光反射または散乱特性は観察される区域ａにわたって変
化する可能性があるから、各検出器の信号を検出器によ
り受理される光の量に対し正規化する電子回路が用いら
れる。これは、収集された光をあらわす検出器の直流出
力を交流出力から分離するための容量結合を用いること
により、便利に遂行される。交流信号と直流信号の分割
の後に、表面過渡現象または超音波運動をあらわす、正
規化された信号が得られる。
【００１９】その代りに、レーザビームは或る与えられ
た変調周波数において位相変調されることができ、過渡
的な表面の運動の信号は、検出の後に、適切な無線周波
数フィルタを用いて、付加的な位相変調信号から分離さ
れることができる。これは、本出願人の１９８７年４月
２１日発行の米国特許第４６５９２２４号「超音波エネ
ルギの光干渉計式の受理」に記述されている。次いで、
この付加的な変調信号は整流され、前記されるような正
規化に用いられるように直流信号を発生させる。
た変調周波数において位相変調されることができ、過渡
的な表面の運動の信号は、検出の後に、適切な無線周波
数フィルタを用いて、付加的な位相変調信号から分離さ
れることができる。これは、本出願人の１９８７年４月
２１日発行の米国特許第４６５９２２４号「超音波エネ
ルギの光干渉計式の受理」に記述されている。次いで、
この付加的な変調信号は整流され、前記されるような正
規化に用いられるように直流信号を発生させる。
【００２０】図１に示されるように、光学システムは、
第１および第２のレンズ６および８を包含し、該第１お
よび第２のレンズは、検出器１８へ向う散乱したビーム
を集束し制御する。第１のレンズ６は散乱表面１４と復
調器１６の中間に位置し、第２のレンズ８は検出器の列
１８と復調器１６の中間に位置する。表面１４の全面積
ａに関する情報を担持する複合信号の複数を具備する散
乱したビームは復調され検出器の列またはマトリックス
へ供給される。散乱表面上の特定の小区域の過渡的な運
動をあらわす独得の信号が、各検出器へ供給され他の検
出器とは独立的に処理され、したがって、図１に示され
る配置は、複数の信号を並列に処理しまたは同時に検出
することを可能にする。
第１および第２のレンズ６および８を包含し、該第１お
よび第２のレンズは、検出器１８へ向う散乱したビーム
を集束し制御する。第１のレンズ６は散乱表面１４と復
調器１６の中間に位置し、第２のレンズ８は検出器の列
１８と復調器１６の中間に位置する。表面１４の全面積
ａに関する情報を担持する複合信号の複数を具備する散
乱したビームは復調され検出器の列またはマトリックス
へ供給される。散乱表面上の特定の小区域の過渡的な運
動をあらわす独得の信号が、各検出器へ供給され他の検
出器とは独立的に処理され、したがって、図１に示され
る配置は、複数の信号を並列に処理しまたは同時に検出
することを可能にする。
【００２１】もちろん、検出器の数ｎおよび面積ａ内の
小区域の数ｎが増大するにつれ、検出の分解能は増大す
る。面積ａ内の小区域またはスポットと検出器の間に１
対１の写像関係が成立するから、各検出器へ写像される
スポットの寸法を減少させることは、実際に、単位面積
当りでより多くの情報をともなう、より精密な結果を生
じさせる。これは、走査される映像における画素の寸法
を減少させてより大なる精細度の映像を発生させること
に類似するといえるであらう。
小区域の数ｎが増大するにつれ、検出の分解能は増大す
る。面積ａ内の小区域またはスポットと検出器の間に１
対１の写像関係が成立するから、各検出器へ写像される
スポットの寸法を減少させることは、実際に、単位面積
当りでより多くの情報をともなう、より精密な結果を生
じさせる。これは、走査される映像における画素の寸法
を減少させてより大なる精細度の映像を発生させること
に類似するといえるであらう。
【００２２】さて図２を参照すると、レーザ源１２で発
生した広幅のレーザビーム１０は、超音波エネルギの支
配下にある材料または被加工片１４の表面へ指向され
る。図２に示される配置は図１に示されるものに類似し
ているが、２つのレンズ２４および２５は復調器１６と
被加工片１４の中間に位置する。レンズは集束手段とし
てはたらき、信号を復調器１６へ案内することを援助す
る。一対の光ファイバの形式の光波案内手段は、レンズ
２４および２５の中間に位置し、復調器へ送られるべき
信号用の適切な伝送媒体を提供する。説明をわかりやす
くするために、２つの光ファイバのみが示されている
が、好適な配置においては、２つより多くの複数の光フ
ァイバが設けられ同じ数のチャンネルを対応する数の検
出器１８へ接続する。検出器１８の列またはマトリック
スと干渉計式復調器１６の間にレンズ２６が位置させら
れる。中間の検出器Ｄ1 およびＤ2 とレンズ２６の間に
位置する光ファイバの第２の対は、被加工片１４の表面
上の過渡的な運動をあらわす信号を受理する。
生した広幅のレーザビーム１０は、超音波エネルギの支
配下にある材料または被加工片１４の表面へ指向され
る。図２に示される配置は図１に示されるものに類似し
ているが、２つのレンズ２４および２５は復調器１６と
被加工片１４の中間に位置する。レンズは集束手段とし
てはたらき、信号を復調器１６へ案内することを援助す
る。一対の光ファイバの形式の光波案内手段は、レンズ
２４および２５の中間に位置し、復調器へ送られるべき
信号用の適切な伝送媒体を提供する。説明をわかりやす
くするために、２つの光ファイバのみが示されている
が、好適な配置においては、２つより多くの複数の光フ
ァイバが設けられ同じ数のチャンネルを対応する数の検
出器１８へ接続する。検出器１８の列またはマトリック
スと干渉計式復調器１６の間にレンズ２６が位置させら
れる。中間の検出器Ｄ1 およびＤ2 とレンズ２６の間に
位置する光ファイバの第２の対は、被加工片１４の表面
上の過渡的な運動をあらわす信号を受理する。
【００２３】光ファイバまたは光波ガイドの束は、レー
ザ源、復調用干渉計、および／または検出器または検査
区域が相互に大きく離隔している産業上の環境において
は、特に便利である可能性がある。さらに、光ファイバ
は、被加工片と復調器の間の直線結合（図示せず）を提
供するために図３および図４に示されるように緊密に包
装されることが可能である。いかなる干渉計式検出シス
テムは限定された範囲を有するものであるから、緊密な
包装は有利なものである。干渉計の前面における光ファ
イバ結合は、干渉計の入口においてビームの範囲を増大
させることなしに広範囲に分離されたプローブされたス
ポットを提供する。さらに、復調器の後に光ファイバ結
合が設けられることは、列またはマトリックス内におけ
る検出器の幾何学的配置が、復調器の内側における検出
チャンネルまたは表面上のスポットの幾何学的配置から
完全に独立したものになることを可能にする。
ザ源、復調用干渉計、および／または検出器または検査
区域が相互に大きく離隔している産業上の環境において
は、特に便利である可能性がある。さらに、光ファイバ
は、被加工片と復調器の間の直線結合（図示せず）を提
供するために図３および図４に示されるように緊密に包
装されることが可能である。いかなる干渉計式検出シス
テムは限定された範囲を有するものであるから、緊密な
包装は有利なものである。干渉計の前面における光ファ
イバ結合は、干渉計の入口においてビームの範囲を増大
させることなしに広範囲に分離されたプローブされたス
ポットを提供する。さらに、復調器の後に光ファイバ結
合が設けられることは、列またはマトリックス内におけ
る検出器の幾何学的配置が、復調器の内側における検出
チャンネルまたは表面上のスポットの幾何学的配置から
完全に独立したものになることを可能にする。
【００２４】図５は、検出用干渉計が検出チャンネルと
同じ数の要素に区分されている、本発明の他の実施例を
示す。このことは、光屈折性のウェーハ上における２波
混合を用いることにより、または小形の光屈折性結晶４
２または非線形の結晶の集合体を用いることにより、実
施されることができる。図５に示されるように、これら
の結晶のすべてはレーザ源１２から直接に導出された広
範囲のポンプビームで照明される。次いで、これらの結
晶は、検出器の列またはマトリックス１８上へ映像形成
される。
同じ数の要素に区分されている、本発明の他の実施例を
示す。このことは、光屈折性のウェーハ上における２波
混合を用いることにより、または小形の光屈折性結晶４
２または非線形の結晶の集合体を用いることにより、実
施されることができる。図５に示されるように、これら
の結晶のすべてはレーザ源１２から直接に導出された広
範囲のポンプビームで照明される。次いで、これらの結
晶は、検出器の列またはマトリックス１８上へ映像形成
される。
【００２５】I.A.Sokolov, S.I.Stepanov 、およびG.S.
Trofimovは、Journal Opt.Soc.Am B／Vol.9, No.1／19
92年１月、p.p.173-176 において、２つの波の間の干渉
の振動パターンにより照明される光屈折性結晶の短絡回
路サンプルを通る小なる交流電流を検出することを開示
している。発生する電流は、光屈折性結晶を照明する干
渉パターン内に包含される情報を担持する信号における
光学的位相変調に対応する。
Trofimovは、Journal Opt.Soc.Am B／Vol.9, No.1／19
92年１月、p.p.173-176 において、２つの波の間の干渉
の振動パターンにより照明される光屈折性結晶の短絡回
路サンプルを通る小なる交流電流を検出することを開示
している。発生する電流は、光屈折性結晶を照明する干
渉パターン内に包含される情報を担持する信号における
光学的位相変調に対応する。
【００２６】図６を参照すると、本発明の他の実施例に
よる光屈折性結晶５２の列が示されている。複数個の光
屈折性の結晶であって各個に電流導通用の導線が取付け
られているものを用いることにより、複数の信号の同時
に復調および同時の検出が可能になる。この配置におい
ては、各結晶は、散乱表面上の面積ａ内における特定の
小区域に対応する信号を復調し、検出する。
よる光屈折性結晶５２の列が示されている。複数個の光
屈折性の結晶であって各個に電流導通用の導線が取付け
られているものを用いることにより、複数の信号の同時
に復調および同時の検出が可能になる。この配置におい
ては、各結晶は、散乱表面上の面積ａ内における特定の
小区域に対応する信号を復調し、検出する。
【００２７】もちろん、図７に示されるような光ファイ
バのリンクを用いる具体例は、プローブされる表面上に
検出用要素とは相異なるように分布された、追加の弾力
性を提供するプローブされたスポットを提供する。本発
明の範囲を逸脱することなく極めて多くの他の実施例を
考慮することが可能であることが、さらに認識されるべ
きである。
バのリンクを用いる具体例は、プローブされる表面上に
検出用要素とは相異なるように分布された、追加の弾力
性を提供するプローブされたスポットを提供する。本発
明の範囲を逸脱することなく極めて多くの他の実施例を
考慮することが可能であることが、さらに認識されるべ
きである。
【図１】本発明の一実施例による、検出器の列を包含す
る映像形成装置を示すブロック線図である。
る映像形成装置を示すブロック線図である。
【図２】本発明の一実施例による、信号を検出器の列へ
案内する光ファイバを包含する映像形成装置を示すブロ
ック線図である。
案内する光ファイバを包含する映像形成装置を示すブロ
ック線図である。
【図３】密接して集合させられた光ファイバを示す端面
図である。
図である。
【図４】密接して集合させられた光ファイバを示す端面
図である。
図である。
【図５】本発明の一実施例による光屈折性結晶の列を有
する映像形成装置を示す概略ブロック線図である。
する映像形成装置を示す概略ブロック線図である。
【図６】本発明の一実施例による映像形成装置であっ
て、図５に示される実施例と同様に光屈折性結晶の列を
有するが、検出信号伝送用の電気的リードを有するも
の、を示す概略ブロック線図である。
て、図５に示される実施例と同様に光屈折性結晶の列を
有するが、検出信号伝送用の電気的リードを有するも
の、を示す概略ブロック線図である。
【図７】信号を光屈折性結晶の列へ案内する光ファイバ
を有する映像形成装置の具体例を示す概略ブロック線図
である。
を有する映像形成装置の具体例を示す概略ブロック線図
である。
【図８】被加工片の表面上の過渡的な運動をあらわす信
号を発生させるための、ファブリ・ペロ装置を有する、
従来形の映像形成装置の概略線図である。
号を発生させるための、ファブリ・ペロ装置を有する、
従来形の映像形成装置の概略線図である。
【図９】被加工片の表面上の過渡的な運動をあらわす信
号を発生させるためのファブリ・ペロ装置を有する、従
来形の映像形成装置の概略線図である。
号を発生させるためのファブリ・ペロ装置を有する、従
来形の映像形成装置の概略線図である。
【図１０】復調器としての非線形または光屈折性の結晶
を有する、従来形の映像形成装置の概略線図である。
を有する、従来形の映像形成装置の概略線図である。
６…第１のレンズ ８…第２のレンズ １０…レーザビーム １２…レーザ １４…被加工片の表面（散乱表面） １６…復調器 １８…検出器 ２４…レンズ ２５…レンズ ２６…レンズ
Claims (19)
- 【請求項１】 散乱表面へのコヒーレントな光のビーム
を発生させそれによりレーザビームを散乱させる手段、 散乱した光を収集し複数の変調された光学的信号へ分割
する手段、 複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあ
らわす復調された信号を発生させる手段、および、 復調された信号を同時に検出し、過渡的運動をあらわす
電気信号へ変換する検出手段、 を具備することを特徴とする散乱表面から過渡的運動を
検出する装置。 - 【請求項２】 検出手段は検出器の列の形式のものであ
る、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 同時に復調する手段は、複数のセグメン
ト化された復調器である、請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 セグメント化された復調器は非線形の結
晶の形式のものである、請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 非線形の結晶は光屈折性の結晶である、
請求項４記載の装置。 - 【請求項６】 各検出器は、他の検出器から独立して復
調信号を検出するよう構成されている、請求項２に記載
の装置。 - 【請求項７】 散乱した光を収集し分割する手段は散乱
表面と復調手段の中間にある光学的導波手段を有する、
請求項２記載の装置。 - 【請求項８】 光学的導波手段は複数の光ファイバを具
備し、各光ファイバは、散乱表面に近接する一端と復調
手段に近接する他端を有する、請求項７記載の装置。 - 【請求項９】 散乱表面へのコヒーレントな光のビーム
を発生させそれによりレーザビームを散乱させる手段、 散乱した光を収集し複数の変調された光学的信号へ分割
する手段、および、 複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあ
らわす復調された信号を発生させ、復調された信号を過
渡的運動をあらわす電気信号へ同時に変換する手段、 を具備することを特徴とする散乱表面から過渡的運動を
検出する装置。 - 【請求項１０】 同時に復調し同時に検出する手段は複
数の非線形結晶を具備する、請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 同時に復調し同時に検出する手段は、
複数の光屈折性の結晶を具備する、請求項９記載の装
置。 - 【請求項１２】 コヒーレントな光のビームを散乱表面
へ向けて発生させ、それによりレーザビームを散乱させ
変調された信号の形式をもつ複数の信号を発生させる手
段、 複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあ
らわす復調された信号を発生させる手段であって、複数
の区分された復調器の形式をもつもの、および、 検出器の列の形式をもつ検出手段であって復調された信
号を同時に検出しそれを過渡的運動をあらわす電気信号
へ変換するもの、 を具備することを特徴とする散乱表面から過渡的運動を
検出する装置。 - 【請求項１３】 区分された復調器は非線形の結晶の形
式のものである、請求項１２記載の装置。 - 【請求項１４】 非線形の結晶は光屈折性の結晶であ
る、請求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 コヒーレントな光のビームを散乱表面
へ向けて発生させ、それによりレーザビームを散乱させ
変調された信号の形式をもつ複数の信号を発生させる手
段、 複数の変調された信号を同時に復調し、過渡的運動をあ
らわす復調された信号を発生させる手段、 散乱表面と復調手段の中間にある光学的導波手段、およ
び、 検出器の列の形式をもつ検出手段であって、復調された
信号を同時に検出しそれを、過渡的運動をあらわす電気
信号へ変換するもの、 を具備することを特徴とする散乱表面から過渡的運動を
検出する装置。 - 【請求項１６】 光学的導波手段は複数の光ファイバを
具備し、各光ファイバは散乱表面に近接する一端と復調
手段に近接する他端を有する、ことを特徴とする請求項
１５記載の装置。 - 【請求項１７】 コヒーレントな光のビームを散乱表面
へ向けて発生させ、それによりレーザビームを散乱させ
変調された信号の形式をもつ複数の信号を発生させる手
段、および、 複数の非線形の結晶であって、複数の変調された信号を
同時に復調し、過渡的運動をあらわす復調された信号を
発生させ、この復調された信号を過渡的な運動をあらわ
す電気信号へ同時に変換するもの、 を具備することを特徴とする散乱表面から過渡的運動を
検出する装置。 - 【請求項１８】 同時に復調し同時に検出する手段は複
数の光屈折性の結晶を具備する、請求項１７記載の装
置。 - 【請求項１９】 散乱表面へレーザビームを指向させそ
れによりレーザビームを散乱させ変調された信号の形式
の複数の信号を発生させる段階、 複数の変調された信号を同時に復調し過渡的な運動をあ
らわす復調された信号を発生させる段階、および、 復調された信号を同時に検出し過渡的な運動をあらわす
電気信号へ変換する段階、 を具備することを特徴とする散乱表面からの過渡的運動
検出用の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32755694A JP2944441B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 散乱表面からの過渡的運動検出用の装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32755694A JP2944441B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 散乱表面からの過渡的運動検出用の装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201031A JPH08201031A (ja) | 1996-08-09 |
| JP2944441B2 true JP2944441B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=18200392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32755694A Expired - Fee Related JP2944441B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 散乱表面からの過渡的運動検出用の装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2944441B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009536319A (ja) * | 2006-05-10 | 2009-10-08 | ナショナル・リサーチ・カウンシル・オブ・カナダ | 被接着構造体の接着一体性を評価する方法 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP32755694A patent/JP2944441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009536319A (ja) * | 2006-05-10 | 2009-10-08 | ナショナル・リサーチ・カウンシル・オブ・カナダ | 被接着構造体の接着一体性を評価する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08201031A (ja) | 1996-08-09 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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