JP3015665B2 - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
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- JP3015665B2 JP3015665B2 JP6111253A JP11125394A JP3015665B2 JP 3015665 B2 JP3015665 B2 JP 3015665B2 JP 6111253 A JP6111253 A JP 6111253A JP 11125394 A JP11125394 A JP 11125394A JP 3015665 B2 JP3015665 B2 JP 3015665B2
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- JP
- Japan
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- laser light
- light
- acousto
- optic medium
- cable
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波を用いた非破
壊検査、液中物体映像化等に適用される超音波センサに
関する。
壊検査、液中物体映像化等に適用される超音波センサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波は、工業や医療等の様々な
分野で用いられている。このため、超音波を検出するセ
ンサは非常に重要なものとなっている。従来の超音波セ
ンサは、図６に示すように電気的な手段を用いて超音波
を検出している。図６において、２は圧電媒体で、その
両側に電極１ａ，１ｂを備えている。この圧電媒体２に
超音波信号５が電極１ａを透過して圧電媒体２に進入す
ると、圧電媒体２中に歪みが生じる。この結果、超音波
信号５の振動に対応した電気分極が圧電媒体２中に生
じ、この電気分極の振動によって電極１ａと電極１ｂと
の間に電圧変化が起きる。この電圧変化を電気ケーブル
３により計測器４に送出してモニタすることにより、超
音波信号５を検出する。
分野で用いられている。このため、超音波を検出するセ
ンサは非常に重要なものとなっている。従来の超音波セ
ンサは、図６に示すように電気的な手段を用いて超音波
を検出している。図６において、２は圧電媒体で、その
両側に電極１ａ，１ｂを備えている。この圧電媒体２に
超音波信号５が電極１ａを透過して圧電媒体２に進入す
ると、圧電媒体２中に歪みが生じる。この結果、超音波
信号５の振動に対応した電気分極が圧電媒体２中に生
じ、この電気分極の振動によって電極１ａと電極１ｂと
の間に電圧変化が起きる。この電圧変化を電気ケーブル
３により計測器４に送出してモニタすることにより、超
音波信号５を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のように電気的に
超音波信号５を検出する従来の超音波センサにおいて
は、電極１ａ，１ｂと圧電媒体２との整合性に注意する
必要がある。また、センサ出力を電気信号の状態で計測
器４に伝送するために、例えば電磁波が多く発生してい
る場所のような電気的悪環境下で超音波信号の検出を行
なった場合、超音波センサは上記電磁波等の電気的外乱
の影響を受け易く、センサを集積させる場合には、電気
ケーブルの密集化に伴ない、各ケーブル間でお互いにノ
イズ的な影響を与えてしまうクロストークが発生してセ
ンシングが不安定になるので、正しいレベルの電気信号
を検出することができない。さらに電気ケーブルにおけ
る電気抵抗を低くする必要があるため、どうしてもケー
ブル径をある程度の大きさにしなければならず、この点
についても小型化には限界がある。
超音波信号５を検出する従来の超音波センサにおいて
は、電極１ａ，１ｂと圧電媒体２との整合性に注意する
必要がある。また、センサ出力を電気信号の状態で計測
器４に伝送するために、例えば電磁波が多く発生してい
る場所のような電気的悪環境下で超音波信号の検出を行
なった場合、超音波センサは上記電磁波等の電気的外乱
の影響を受け易く、センサを集積させる場合には、電気
ケーブルの密集化に伴ない、各ケーブル間でお互いにノ
イズ的な影響を与えてしまうクロストークが発生してセ
ンシングが不安定になるので、正しいレベルの電気信号
を検出することができない。さらに電気ケーブルにおけ
る電気抵抗を低くする必要があるため、どうしてもケー
ブル径をある程度の大きさにしなければならず、この点
についても小型化には限界がある。
【０００４】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、電気的悪環境下であっても電気的なノイズの影響を
受けず、かつ、小型化の実現が可能な超音波センサを提
供することを目的とする。
で、電気的悪環境下であっても電気的なノイズの影響を
受けず、かつ、小型化の実現が可能な超音波センサを提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、レーザ光を
出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射された
レーザ光を受光して伝搬し、外部に出射する第１の光伝
搬部と、この第１の光伝搬部から出射されたレーザ光を
受光し、このレーザ光の透過率が超音波が進入すること
によって変化する音響光学媒体と、この音響光学媒体を
透過したレーザ光を受光して伝搬する第２の光伝搬部
と、この第２の光伝搬部から伝搬されたレーザ光の光量
を検知し、この光量の変化をモニタする光検出器とを具
備したことを特徴とする。
出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射された
レーザ光を受光して伝搬し、外部に出射する第１の光伝
搬部と、この第１の光伝搬部から出射されたレーザ光を
受光し、このレーザ光の透過率が超音波が進入すること
によって変化する音響光学媒体と、この音響光学媒体を
透過したレーザ光を受光して伝搬する第２の光伝搬部
と、この第２の光伝搬部から伝搬されたレーザ光の光量
を検知し、この光量の変化をモニタする光検出器とを具
備したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】レーザ光源から出射されたレーザ光は、光ファ
イバケーブル内を伝搬し、音響光学媒体内に入射され
る。この音響光学媒体内に、外部から別に超音波信号が
進入していた場合、音響光学媒体内でビーム角度のドリ
フトが生じることにより入射されたレーザ光は光路が変
化して分岐し、音響光学媒体の外部から出射する。出射
されたレーザ光は別の光ファイバケーブル内に入射さ
れ、伝搬されて光検出器に到達する。光検出器は伝搬さ
れてきたレーザ光の光量の検出を行なう。
イバケーブル内を伝搬し、音響光学媒体内に入射され
る。この音響光学媒体内に、外部から別に超音波信号が
進入していた場合、音響光学媒体内でビーム角度のドリ
フトが生じることにより入射されたレーザ光は光路が変
化して分岐し、音響光学媒体の外部から出射する。出射
されたレーザ光は別の光ファイバケーブル内に入射さ
れ、伝搬されて光検出器に到達する。光検出器は伝搬さ
れてきたレーザ光の光量の検出を行なう。
【０００７】検出されたレーザ光は、上記に説明したよ
うに光路が変化しているために音響光学媒体に超音波信
号が進入していない場合に比べ、光量が変化しているの
で、この光量の変化により超音波信号の検出を行なうこ
とができる。
うに光路が変化しているために音響光学媒体に超音波信
号が進入していない場合に比べ、光量が変化しているの
で、この光量の変化により超音波信号の検出を行なうこ
とができる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る超音波セ
ンサの構成を示す図である。図１に示すように、超音波
センサは、基本的にはレーザ光源１１、光伝搬部１３
ａ，１３ｂ、音響光学媒体１７、光検出器１９から構成
される。レーザ光源１１から出射するレーザ光１２を音
響光学媒体１７に入射させるためにレーザ光源１１に光
伝搬部１３ａが接続されている。この光伝搬部１３ａ
は、ケーブル入射光処理部１４ａ、光ファイバケーブル
１５ａ、ケーブル出射光処理部１６ａから構成されてい
る。レーザ光源１１から出射される平行光であるレーザ
光１２は、ケーブル入射光処理部１４ａにおいて集光さ
れ、光ファイバケーブル１５ａ内に入射されて伝搬し、
光ファイバケーブル１５ａから拡散光として出射し、ケ
ーブル出射光処理部１６ａによって集光されて音響光学
媒体１７に入射される。
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る超音波セ
ンサの構成を示す図である。図１に示すように、超音波
センサは、基本的にはレーザ光源１１、光伝搬部１３
ａ，１３ｂ、音響光学媒体１７、光検出器１９から構成
される。レーザ光源１１から出射するレーザ光１２を音
響光学媒体１７に入射させるためにレーザ光源１１に光
伝搬部１３ａが接続されている。この光伝搬部１３ａ
は、ケーブル入射光処理部１４ａ、光ファイバケーブル
１５ａ、ケーブル出射光処理部１６ａから構成されてい
る。レーザ光源１１から出射される平行光であるレーザ
光１２は、ケーブル入射光処理部１４ａにおいて集光さ
れ、光ファイバケーブル１５ａ内に入射されて伝搬し、
光ファイバケーブル１５ａから拡散光として出射し、ケ
ーブル出射光処理部１６ａによって集光されて音響光学
媒体１７に入射される。
【０００９】音響光学媒体１７は、例えばモリブデン酸
鉛単結晶（ＰｂＭｏＯ4 ）や二酸化テルル単結晶（Ｔｅ
Ｏ2 ）等のような結晶材料で構成される光学的な媒体で
あり、外部から進入する超音波信号５に対して超音波吸
収作用の発生により、別方向から入射されるレーザ光１
２のビーム角度ドリフトを発生させる性質を持ち、レー
ザ光１２の光量変化をもたらす。光伝搬部１３ｂは、音
響光学媒体１７から出射するレーザ光を光検出器１９に
伝搬するもので、光伝搬部１３ａと同じようにケーブル
入射光処理部１４ｂ、光ファイバケーブル１５ｂ、ケー
ブル出射光処理部１６ｂから構成される。光検出器１９
は、音響光学媒体１７から光伝搬部１３ｂを介して出射
されるレーザ光１８を受光し、その光量の変化から超音
波信号５のレベル、波形を検出する。
鉛単結晶（ＰｂＭｏＯ4 ）や二酸化テルル単結晶（Ｔｅ
Ｏ2 ）等のような結晶材料で構成される光学的な媒体で
あり、外部から進入する超音波信号５に対して超音波吸
収作用の発生により、別方向から入射されるレーザ光１
２のビーム角度ドリフトを発生させる性質を持ち、レー
ザ光１２の光量変化をもたらす。光伝搬部１３ｂは、音
響光学媒体１７から出射するレーザ光を光検出器１９に
伝搬するもので、光伝搬部１３ａと同じようにケーブル
入射光処理部１４ｂ、光ファイバケーブル１５ｂ、ケー
ブル出射光処理部１６ｂから構成される。光検出器１９
は、音響光学媒体１７から光伝搬部１３ｂを介して出射
されるレーザ光１８を受光し、その光量の変化から超音
波信号５のレベル、波形を検出する。
【００１０】図２は、光伝搬部１３ａにおけるケーブル
入射光処理部１４ａを説明する図である。図２におい
て、ケーブル入射光処理部１４ａは、レーザ光源１１か
ら出射される平行光のレーザ光１２を集光して光ファイ
バケーブル１５ａ内部に入射させるためのレンズ系であ
り、凸レンズ２１を有している。
入射光処理部１４ａを説明する図である。図２におい
て、ケーブル入射光処理部１４ａは、レーザ光源１１か
ら出射される平行光のレーザ光１２を集光して光ファイ
バケーブル１５ａ内部に入射させるためのレンズ系であ
り、凸レンズ２１を有している。
【００１１】図３は、光伝搬部１３ａにおけるケーブル
出射光処理部１６ａを説明する図である。図３におい
て、ケーブル出射光処理部１６ａは、光ファイバケーブ
ル１５ａから出射される拡散されたレーザ光１２を集光
して音響光学媒体１７内に入射させるためのレンズ系で
あり、屈折率分布レンズ２２を有している。
出射光処理部１６ａを説明する図である。図３におい
て、ケーブル出射光処理部１６ａは、光ファイバケーブ
ル１５ａから出射される拡散されたレーザ光１２を集光
して音響光学媒体１７内に入射させるためのレンズ系で
あり、屈折率分布レンズ２２を有している。
【００１２】図４は、光伝搬部１３ａにおけるケーブル
出射光処理部１６ａから出射されたレーザ光１２が、音
響光学媒体１７内を透過し、レーザ光１８として出射す
る過程を示す図であり、音響光学媒体１７内に超音波信
号５の進入がなかった場合について説明するものであ
る。
出射光処理部１６ａから出射されたレーザ光１２が、音
響光学媒体１７内を透過し、レーザ光１８として出射す
る過程を示す図であり、音響光学媒体１７内に超音波信
号５の進入がなかった場合について説明するものであ
る。
【００１３】図５は、図４と同じく、光伝搬部１３ａに
おけるケーブル出射光処理部１６ａから出射されたレー
ザ光１２が、音響光学媒体１７内を透過し、分岐レーザ
光１８ａ，１８ｂとして出射する過程を示す図であり、
音響光学媒体１７内に超音波信号５の進入があった場合
について説明するものである。なお、図４、図５の説明
においては、レーザ光１２，１８，１８ａ，１８ｂは光
の進行方向のみを示すものとする。
おけるケーブル出射光処理部１６ａから出射されたレー
ザ光１２が、音響光学媒体１７内を透過し、分岐レーザ
光１８ａ，１８ｂとして出射する過程を示す図であり、
音響光学媒体１７内に超音波信号５の進入があった場合
について説明するものである。なお、図４、図５の説明
においては、レーザ光１２，１８，１８ａ，１８ｂは光
の進行方向のみを示すものとする。
【００１４】次に上記実施例の動作について説明する。
図１において、レーザ光源１１から出射されたレーザ光
１２は、図２に示すように、ケーブル入射光処理部１４
ａ内の凸レンズ２１を透過することにより集光され、光
ファイバケーブル１５ａ内部に入射される。光ファイバ
ケーブル１５ａ内部を伝搬し、出射した拡散されたレー
ザ光１２は、図３に示すように、ケーブル出射光処理部
１６ａ内の屈折率分布レンズ２２を透過して集光され、
音響光学媒体１７の内部に入射される。ここで音響光学
媒体１７に対して超音波信号５の進入がなかった場合
は、図４に示すように、入射したレーザ光１２はそのま
ま変化のない状態で音響光学媒体１７からレーザ光１８
として出射され、ケーブル入射光処理部１４ｂを透過
し、図１に示すように光ファイバケーブル１５ｂ内部を
伝搬してケーブル出射光処理部１６ｂを透過した後に光
検出器１９に入射される。光検出器１９は、レーザ光１
２と同じ光量のレーザ光１８を検出する。
図１において、レーザ光源１１から出射されたレーザ光
１２は、図２に示すように、ケーブル入射光処理部１４
ａ内の凸レンズ２１を透過することにより集光され、光
ファイバケーブル１５ａ内部に入射される。光ファイバ
ケーブル１５ａ内部を伝搬し、出射した拡散されたレー
ザ光１２は、図３に示すように、ケーブル出射光処理部
１６ａ内の屈折率分布レンズ２２を透過して集光され、
音響光学媒体１７の内部に入射される。ここで音響光学
媒体１７に対して超音波信号５の進入がなかった場合
は、図４に示すように、入射したレーザ光１２はそのま
ま変化のない状態で音響光学媒体１７からレーザ光１８
として出射され、ケーブル入射光処理部１４ｂを透過
し、図１に示すように光ファイバケーブル１５ｂ内部を
伝搬してケーブル出射光処理部１６ｂを透過した後に光
検出器１９に入射される。光検出器１９は、レーザ光１
２と同じ光量のレーザ光１８を検出する。
【００１５】次に音響光学媒体１７に対して、超音波信
号５の進入があった場合は、音響光学媒体１７内部で超
音波吸収が発生し、音響光学媒体１７中に温度勾配が生
じる。この状態の音響光学媒体１７内部に、図５に示す
ように、ケーブル出射光処理部１６ａからレーザ光１２
が入射すると、入射したレーザ光１２に対してビーム角
度のドリフトが発生するため、レーザ光１２の光路が偏
向されて分岐し、２つの分岐レーザ光１８ａ，１８ｂと
なって音響光学媒体１７の外部に出射される。このと
き、分岐レーザ光１８ａがケーブル入射光処理部１４ｂ
に入射し、分岐レーザ光１８ｂが空気中に出射されたと
すると、上述した過程で光検出器１９により検出される
分岐レーザ光１８ａの光量は、上述した超音波信号５の
進入がない場合においての光検出器１９に入射するレー
ザ光１８の光量とは当然異なっており、光検出器１９
は、この光量の変化を検出して超音波信号５の進入があ
ったことを検知し、また、音響光学媒体１７の内部にお
いて偏向される光量は、音響光学媒体１７の外部から進
入する超音波信号５のレベルに依存するために、光量の
変化により、超音波信号５のレベルや波形等の情報を得
ることができる。
号５の進入があった場合は、音響光学媒体１７内部で超
音波吸収が発生し、音響光学媒体１７中に温度勾配が生
じる。この状態の音響光学媒体１７内部に、図５に示す
ように、ケーブル出射光処理部１６ａからレーザ光１２
が入射すると、入射したレーザ光１２に対してビーム角
度のドリフトが発生するため、レーザ光１２の光路が偏
向されて分岐し、２つの分岐レーザ光１８ａ，１８ｂと
なって音響光学媒体１７の外部に出射される。このと
き、分岐レーザ光１８ａがケーブル入射光処理部１４ｂ
に入射し、分岐レーザ光１８ｂが空気中に出射されたと
すると、上述した過程で光検出器１９により検出される
分岐レーザ光１８ａの光量は、上述した超音波信号５の
進入がない場合においての光検出器１９に入射するレー
ザ光１８の光量とは当然異なっており、光検出器１９
は、この光量の変化を検出して超音波信号５の進入があ
ったことを検知し、また、音響光学媒体１７の内部にお
いて偏向される光量は、音響光学媒体１７の外部から進
入する超音波信号５のレベルに依存するために、光量の
変化により、超音波信号５のレベルや波形等の情報を得
ることができる。
【００１６】上述した実施例においては、光ファイバケ
ーブルというケーブル径の極めて小さなものを用いてお
り、そして光ファイバケーブルは、電気ケーブルのよう
に電気抵抗を低くするためにケーブル径を大きくする必
要がないので、従来の超音波センサに比べて小型化が容
易である。また、光ファイバケーブルの代わりに光導波
路を用いることも可能である。
ーブルというケーブル径の極めて小さなものを用いてお
り、そして光ファイバケーブルは、電気ケーブルのよう
に電気抵抗を低くするためにケーブル径を大きくする必
要がないので、従来の超音波センサに比べて小型化が容
易である。また、光ファイバケーブルの代わりに光導波
路を用いることも可能である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
レーザ光源と、超音波信号の進入によりレーザ光の透過
率が変化する音響光学媒体と、レーザ光源からのレーザ
光を受光、伝搬、出射させる手段として光ファイバケー
ブル、あるいは光導波路等を用いて超音波信号を光学的
に検出するため、たとえ電源ノイズや電磁波等による電
気的なノイズが存在している環境下で超音波の検出測定
を行なっても、その影響を受けず、また、信号の伝送系
が光であるため、従来の電気ケーブルを用いていた超音
波センサに比べて小型化が容易である。また、実際に超
音波信号を受信するセンシング部である音響光学媒体に
電極の形成等の加工が不要である等、産業上の大きな利
用効果が得られる。
レーザ光源と、超音波信号の進入によりレーザ光の透過
率が変化する音響光学媒体と、レーザ光源からのレーザ
光を受光、伝搬、出射させる手段として光ファイバケー
ブル、あるいは光導波路等を用いて超音波信号を光学的
に検出するため、たとえ電源ノイズや電磁波等による電
気的なノイズが存在している環境下で超音波の検出測定
を行なっても、その影響を受けず、また、信号の伝送系
が光であるため、従来の電気ケーブルを用いていた超音
波センサに比べて小型化が容易である。また、実際に超
音波信号を受信するセンシング部である音響光学媒体に
電極の形成等の加工が不要である等、産業上の大きな利
用効果が得られる。
【図１】この発明の一実施例に係る超音波センサの構成
図。
図。
【図２】同実施例における光ファイバケーブル内に、レ
ーザ光源から出射されるレーザ光が入射されるまでの過
程を説明する図。
ーザ光源から出射されるレーザ光が入射されるまでの過
程を説明する図。
【図３】同実施例における光ファイバケーブル内から出
射された拡散レーザ光が、音響光学媒体に入射されるま
での過程を説明する図。
射された拡散レーザ光が、音響光学媒体に入射されるま
での過程を説明する図。
【図４】音響光学媒体内に超音波信号が存在しない際の
レーザ光の透過を説明する図。
レーザ光の透過を説明する図。
【図５】音響光学媒体内に超音波信号が進入した際のレ
ーザ光の透過を説明する図。
ーザ光の透過を説明する図。
【図６】従来における電気的に超音波を検出する超音波
センサの構成図。
センサの構成図。
１１ レーザ光源 １２，１８ レーザ光 １３ａ，１３ｂ 光伝搬部 １４ａ，１４ｂ ケーブル入射光処理部 １５ａ，１５ｂ 光ファイバケーブル １６ａ，１６ｂ ケーブル出射光処理部 １７ 音響光学媒体 １８ａ，１８ｂ 分岐レーザ光 １９ 光検出器 ２１ 凸レンズ ２２ 屈折率分布レンズ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 H04R 23/00
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光を出射するレーザ光源と、この
レーザ光源から出射されたレーザ光を受光して伝搬し、
外部に出射する第１の光伝搬部と、この第１の光伝搬部
から出射されたレーザ光を受光し、このレーザ光の透過
率が超音波が進入することによって変化する音響光学媒
体と、この音響光学媒体を透過したレーザ光を受光して
伝搬する第２の光伝搬部と、この第２の光伝搬部から伝
搬されたレーザ光の光量を検知し、この光量の変化をモ
ニタする光検出器とを具備したことを特徴とする超音波
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6111253A JP3015665B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6111253A JP3015665B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 超音波センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318538A JPH07318538A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3015665B2 true JP3015665B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=14556501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6111253A Expired - Lifetime JP3015665B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3015665B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-25 JP JP6111253A patent/JP3015665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07318538A (ja) | 1995-12-08 |
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