JP3295432B2 - 二波混合法による散乱面からの過渡的運動の高感度、高速応答性光学的検出 - Google Patents
二波混合法による散乱面からの過渡的運動の高感度、高速応答性光学的検出Info
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- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B9/021—Interferometers using holographic techniques
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- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は概して散乱面から過渡運動を光学的に検出す
る方法と装置に関する。特に本発明は超音波によって生
じる光学的な位相変調の検出に関する。
る方法と装置に関する。特に本発明は超音波によって生
じる光学的な位相変調の検出に関する。
背景技術 光波の位相変調（または周波数変調）の検出は対象物
の運動を検出するために光ビームが使用される種々の応
用分野にとって重要である。例えば振動のレーザ感知お
よび超音波のレーザ検出の場合、および衝撃（ショッ
ク、或いはインパクト）により生じる物体の過渡変形の
レーザ検出の場合である。実務用途にとって格別に興味
があるのは超音波や衝撃波がレーザによって発生するケ
ースである。この場合、完全な遠隔の超音波検査システ
ムが例えば高温において超音波探査を可能にするもので
あると認識されている。したがってレーザ発生と光学的
検出とに基づく技法はプロセスと品質管理のために高温
の材料（金属やセラミック）を検査したり、処理過程に
おいて欠陥が生じると直ぐにその欠陥を検出したり、厚
さや温度等の製造パラメータを測定したり、オンライン
のミクロ構造的な物性（粒子の大きさや多孔性等）を決
めたりするために有利に使用可能である。さらにこの技
法は高度の航空学的な構造物や航空宇宙学的な構造物に
おいて使用されるポリマー母材複合物材料で作製された
複雑な形状の物品を検査するために特に有益である。
の運動を検出するために光ビームが使用される種々の応
用分野にとって重要である。例えば振動のレーザ感知お
よび超音波のレーザ検出の場合、および衝撃（ショッ
ク、或いはインパクト）により生じる物体の過渡変形の
レーザ検出の場合である。実務用途にとって格別に興味
があるのは超音波や衝撃波がレーザによって発生するケ
ースである。この場合、完全な遠隔の超音波検査システ
ムが例えば高温において超音波探査を可能にするもので
あると認識されている。したがってレーザ発生と光学的
検出とに基づく技法はプロセスと品質管理のために高温
の材料（金属やセラミック）を検査したり、処理過程に
おいて欠陥が生じると直ぐにその欠陥を検出したり、厚
さや温度等の製造パラメータを測定したり、オンライン
のミクロ構造的な物性（粒子の大きさや多孔性等）を決
めたりするために有利に使用可能である。さらにこの技
法は高度の航空学的な構造物や航空宇宙学的な構造物に
おいて使用されるポリマー母材複合物材料で作製された
複雑な形状の物品を検査するために特に有益である。
実務的に関心のある全てのケースにおいては対象物の
超音波励起によりその表面に非常に小さな変位が生成さ
れ、これら変位がそれに対応する非常に小さな位相や周
波数の摂動に変わるようになっている。このため実用面
においては光学干渉計に基づく技法を意味する高感度検
出技法が使用されなければならない。実際には探査面が
粗いので超音波情報はスペックルを伴う光ビームにエン
コードされる。そしてスペックル場全体に亘って適当な
干渉技法を有効に統合させるべきであり、すなわち集光
された光ビームのスペックルの性質から独立して復調さ
せるべきである。本願の発明者の一人であるJean−Pier
re Monchalinは種々の米国特許においてこれらの諸条件
において高度の検出をするための干渉法を記述してい
る。これら干渉法は全てその大きなエテンデュ（etendu
e）パラメータにその特徴がある。
超音波励起によりその表面に非常に小さな変位が生成さ
れ、これら変位がそれに対応する非常に小さな位相や周
波数の摂動に変わるようになっている。このため実用面
においては光学干渉計に基づく技法を意味する高感度検
出技法が使用されなければならない。実際には探査面が
粗いので超音波情報はスペックルを伴う光ビームにエン
コードされる。そしてスペックル場全体に亘って適当な
干渉技法を有効に統合させるべきであり、すなわち集光
された光ビームのスペックルの性質から独立して復調さ
せるべきである。本願の発明者の一人であるJean−Pier
re Monchalinは種々の米国特許においてこれらの諸条件
において高度の検出をするための干渉法を記述してい
る。これら干渉法は全てその大きなエテンデュ（etendu
e）パラメータにその特徴がある。
エテンデュパラメータ（すなわちスループット）は有
効入口面積と入口中心を通る最大傾斜の光線によって限
定された立体角との積の値として規定され、したがって
視野を規定する。最大傾斜光線は干渉パターンを一つの
縞の1/4だけシフトする光線として規定される。エテン
デュパラメータの重要度は幾何光学の枠内で不変である
ことに由来する。エテンデュが大きければコストと実務
上の実行可能性によってのみ制約されることになる大き
なサイズの集光用光学機器を選択し、大きな面積に亘る
面運動を検出することができる。
効入口面積と入口中心を通る最大傾斜の光線によって限
定された立体角との積の値として規定され、したがって
視野を規定する。最大傾斜光線は干渉パターンを一つの
縞の1/4だけシフトする光線として規定される。エテン
デュパラメータの重要度は幾何光学の枠内で不変である
ことに由来する。エテンデュが大きければコストと実務
上の実行可能性によってのみ制約されることになる大き
なサイズの集光用光学機器を選択し、大きな面積に亘る
面運動を検出することができる。
本願の発明者の一人であるJean−Pierre Monchalinが
「超音波エネルギの光学的干渉による受容（Optical In
terferometric Reception of ultrasonic Energy）」の
発明の名称で1987年４月21日に発行された米国特許第4,
659,224号において開示している機構によれば、スペッ
クル効果から独立した表面運動を表す信号を提供するた
めに光ビーム伝送路においてファブリ・ペロー共焦干渉
計が使われる。また本願の出願人は「散乱面から表面の
過渡運動の広帯域光学的検出（Broadband Opticeal Det
ection of Transient Surface Motion From a Scatteri
ng Surface）」の発明の名称で1990年10月30日に発行さ
れた米国特許第4,966,459号において同じタイプの干渉
計の使用を開示しており、これは非常に広い検出帯域を
持った同じ能力を提供するようにマッハ・ツェンダー干
渉機構またはこれとよく似た方式において使用される。
これら二つの特許は受動的な検出法を記述している。非
線型光学技法を使用することによりスペックルによって
生成される位相歪みを積極的に正し、或いは表面からの
散乱ビームに好適な位相分布を有する参照波を発生させ
ることもできる。
「超音波エネルギの光学的干渉による受容（Optical In
terferometric Reception of ultrasonic Energy）」の
発明の名称で1987年４月21日に発行された米国特許第4,
659,224号において開示している機構によれば、スペッ
クル効果から独立した表面運動を表す信号を提供するた
めに光ビーム伝送路においてファブリ・ペロー共焦干渉
計が使われる。また本願の出願人は「散乱面から表面の
過渡運動の広帯域光学的検出（Broadband Opticeal Det
ection of Transient Surface Motion From a Scatteri
ng Surface）」の発明の名称で1990年10月30日に発行さ
れた米国特許第4,966,459号において同じタイプの干渉
計の使用を開示しており、これは非常に広い検出帯域を
持った同じ能力を提供するようにマッハ・ツェンダー干
渉機構またはこれとよく似た方式において使用される。
これら二つの特許は受動的な検出法を記述している。非
線型光学技法を使用することによりスペックルによって
生成される位相歪みを積極的に正し、或いは表面からの
散乱ビームに好適な位相分布を有する参照波を発生させ
ることもできる。
表面の過渡運動、すなわち超音波を検出するための能
動的な方法、正確には光屈折クリスタル（photorefract
ive crystal）における二波混合法に基づく方法は本願
の発明者の一人であるJean−Pierre MonchalinとR.K.In
gとによって発明の名称が「散乱面からの過渡運動の広
帯域光検出」である1992年７月21日発行の米国特許第5,
131,748号に記述されている。光屈折クリスタルはホロ
グラム光学材料であり、このホログラム光学材料におい
ては（表面運動によって位相変位せしめらた）信号波と
レーザから直接的に得られるポンプ波（すなわちポンプ
光）との干渉によって生成される光格子（light gratin
g）がホログラム材料内における自由電荷の運動に続い
て空間電荷格子を生成する。空間電荷格子は電気光学効
果によって或る屈折率の屈折格子を生成する。屈折格子
は表面運動中では疑似静止状態にあり、レーザから直接
得られるポンプ光を回折することによって信号光の方向
に伝搬する当該信号光に好適な波面を有する波を生成す
る。このため二波混合法は材料の内部で発生するホログ
ラムの読出しがその書込みと同時に実行される実時間ホ
ログラフィと見ることもできる。この回折波は干渉計の
参照光として作用し、この参照光と伝達信号光との干渉
が工作物の表面運動によって生み出された過渡的な位相
運動を表す強度変調信号を与える。この原理は或る屈折
率の屈折格子ではない吸収格子（absorption grating）
等の格子が生成される実時間ホログラム材料に適用可能
である。またこの原理は光屈折ポリマー等の非晶質材料
に適用可能である。
動的な方法、正確には光屈折クリスタル（photorefract
ive crystal）における二波混合法に基づく方法は本願
の発明者の一人であるJean−Pierre MonchalinとR.K.In
gとによって発明の名称が「散乱面からの過渡運動の広
帯域光検出」である1992年７月21日発行の米国特許第5,
131,748号に記述されている。光屈折クリスタルはホロ
グラム光学材料であり、このホログラム光学材料におい
ては（表面運動によって位相変位せしめらた）信号波と
レーザから直接的に得られるポンプ波（すなわちポンプ
光）との干渉によって生成される光格子（light gratin
g）がホログラム材料内における自由電荷の運動に続い
て空間電荷格子を生成する。空間電荷格子は電気光学効
果によって或る屈折率の屈折格子を生成する。屈折格子
は表面運動中では疑似静止状態にあり、レーザから直接
得られるポンプ光を回折することによって信号光の方向
に伝搬する当該信号光に好適な波面を有する波を生成す
る。このため二波混合法は材料の内部で発生するホログ
ラムの読出しがその書込みと同時に実行される実時間ホ
ログラフィと見ることもできる。この回折波は干渉計の
参照光として作用し、この参照光と伝達信号光との干渉
が工作物の表面運動によって生み出された過渡的な位相
運動を表す強度変調信号を与える。この原理は或る屈折
率の屈折格子ではない吸収格子（absorption grating）
等の格子が生成される実時間ホログラム材料に適用可能
である。またこの原理は光屈折ポリマー等の非晶質材料
に適用可能である。
上述した米国特許第5,131,748号に記述されているよ
うに最適感度は伝達信号波と回折波（参照ビーム）とが
直角位相（位相のずれ＝π/2＋ｎπ）になることを必要
とする。両波が同位相または逆位相（位相のずれ＝０＋
ｎπ）にあるときに信号は実際にはゼロである。このケ
ースは電荷動作が拡散によって引き起こされる光屈折材
料において起きるものであり、上述した米国特許第5,13
1,748号はこのケースに特に適用することができる種々
の解法を提示している。
うに最適感度は伝達信号波と回折波（参照ビーム）とが
直角位相（位相のずれ＝π/2＋ｎπ）になることを必要
とする。両波が同位相または逆位相（位相のずれ＝０＋
ｎπ）にあるときに信号は実際にはゼロである。このケ
ースは電荷動作が拡散によって引き起こされる光屈折材
料において起きるものであり、上述した米国特許第5,13
1,748号はこのケースに特に適用することができる種々
の解法を提示している。
実時間ホログラム材料または光屈折クリスタルにおけ
る二波混合法は表面の過渡運動を検出する魅力的なアプ
ローチであり、特にファブリ・ペロー干渉計に基づくも
のより一層コンパクトなシステムを提供する。また二波
混合法はファブリ・ペロー法に基づくシステムよりも広
い、特に数kHzから約1MHzの低超音波振動数の範囲を含
む検出帯域を許容する。しかしながらこれには幾つかの
制約がある。光屈折格子の形成と消去とは装置を満足に
動作させるには十分に遅くなければならないが、両者は
しばしばスペックルパターンの変動に十分に適合するに
は余りにも遅くなり過ぎる。スペックルパターンの変動
は探査面が振動の悪影響を受けるか、或いは移動してい
るか、或いは検査個所が変化するといった多くの応用の
場合に生じる。この場合、スペックルパターンに亘って
平均した、或いは局所的な集光散乱光の位相が実質的に
は変化しない間である特性時間を規定することができ
る。許容される位相変化は例えばπ/10である。光屈折
格子の迅速適合の別の理由はパルスレーザを使用し、パ
ルス化しているが故に表面から集光される光の量が多
く、その結果、感度を高めることにある。本願の二人の
発明者であるAlain BlouinとJ.−P.Monchalinとはその
比較的高い導電性によって一層短い応答時間を提供する
半導体クリスタルの使用を「Applied Physics Letters
（応用物理）」の第65巻の第932〜934頁（書簡の題名
「Detection of ultrasonic motion of a scattering s
urface by two−wave mixing in a photorefractive Ga
As crystal（GaAsの光屈折クリスタルにおける二波混合
法による散乱面の超音波運動の検出）」）において報告
している。しかしながら提示されている応答時間は比較
的短いものの感度は最適ではない。この感度不足は光屈
折格子により回折された回折ビームの強度が比較的弱い
ことに由来する。この回折ビームが電界を印加すること
によって強められることは知られている。究極的には誰
でも最適な信号対雑音比の限界に達するように入射信号
光より格段に強い回折ビーム（参照光）を欲しがる。電
界の印加は回折ビームの振幅を増大させるだけでなく、
干渉格子を基準にして或る屈折率の回折格子をシフトし
て伝達信号波と回折参照波との位相を合わなくする効果
を有する。十分な電界が印加された状態において直角位
相の最適条件に近づけることは可能である。電界の印加
は応答時間を引き延ばす傾向のあることにも留意すべき
である。
る二波混合法は表面の過渡運動を検出する魅力的なアプ
ローチであり、特にファブリ・ペロー干渉計に基づくも
のより一層コンパクトなシステムを提供する。また二波
混合法はファブリ・ペロー法に基づくシステムよりも広
い、特に数kHzから約1MHzの低超音波振動数の範囲を含
む検出帯域を許容する。しかしながらこれには幾つかの
制約がある。光屈折格子の形成と消去とは装置を満足に
動作させるには十分に遅くなければならないが、両者は
しばしばスペックルパターンの変動に十分に適合するに
は余りにも遅くなり過ぎる。スペックルパターンの変動
は探査面が振動の悪影響を受けるか、或いは移動してい
るか、或いは検査個所が変化するといった多くの応用の
場合に生じる。この場合、スペックルパターンに亘って
平均した、或いは局所的な集光散乱光の位相が実質的に
は変化しない間である特性時間を規定することができ
る。許容される位相変化は例えばπ/10である。光屈折
格子の迅速適合の別の理由はパルスレーザを使用し、パ
ルス化しているが故に表面から集光される光の量が多
く、その結果、感度を高めることにある。本願の二人の
発明者であるAlain BlouinとJ.−P.Monchalinとはその
比較的高い導電性によって一層短い応答時間を提供する
半導体クリスタルの使用を「Applied Physics Letters
（応用物理）」の第65巻の第932〜934頁（書簡の題名
「Detection of ultrasonic motion of a scattering s
urface by two−wave mixing in a photorefractive Ga
As crystal（GaAsの光屈折クリスタルにおける二波混合
法による散乱面の超音波運動の検出）」）において報告
している。しかしながら提示されている応答時間は比較
的短いものの感度は最適ではない。この感度不足は光屈
折格子により回折された回折ビームの強度が比較的弱い
ことに由来する。この回折ビームが電界を印加すること
によって強められることは知られている。究極的には誰
でも最適な信号対雑音比の限界に達するように入射信号
光より格段に強い回折ビーム（参照光）を欲しがる。電
界の印加は回折ビームの振幅を増大させるだけでなく、
干渉格子を基準にして或る屈折率の回折格子をシフトし
て伝達信号波と回折参照波との位相を合わなくする効果
を有する。十分な電界が印加された状態において直角位
相の最適条件に近づけることは可能である。電界の印加
は応答時間を引き延ばす傾向のあることにも留意すべき
である。
さらにこの原理はこれまでBSOクリスタルを用いた超
音波の検出に適用されてきた。そしてその仕事は日本の
月刊誌「応用物理」の第34巻の3737〜3740頁（1995年）
の題名「BSOにおける二波混合法による粗面の超音波ナ
ノメータ運動の光学的測定」（著者:Tokuyuki Honda、T
oshihisa Yamashita、Hirokazu Mastumoto）において報
じられている。
音波の検出に適用されてきた。そしてその仕事は日本の
月刊誌「応用物理」の第34巻の3737〜3740頁（1995年）
の題名「BSOにおける二波混合法による粗面の超音波ナ
ノメータ運動の光学的測定」（著者:Tokuyuki Honda、T
oshihisa Yamashita、Hirokazu Mastumoto）において報
じられている。
十分な応答時間を維持しながら適切な感度を高めるた
めに十分な規模の電界を印加することには幾つかの難点
があることが判明した。このアプローチはGaAsには適用
することができず、そして多くの理由からBSOと半導体
とを含む他の高速光屈折材料に適用することも難しいこ
とが判明した。第一に高い電界を印加するとクリスタル
の表面やクリスタル内部を電気破壊する原因となる。第
二に所望の短い時定数を得るために必要な強い照光は電
気抵抗を低減させ、電流を大きくし、その結果、熱負荷
を大きくし、可能な壊損させる可能性がある。
めに十分な規模の電界を印加することには幾つかの難点
があることが判明した。このアプローチはGaAsには適用
することができず、そして多くの理由からBSOと半導体
とを含む他の高速光屈折材料に適用することも難しいこ
とが判明した。第一に高い電界を印加するとクリスタル
の表面やクリスタル内部を電気破壊する原因となる。第
二に所望の短い時定数を得るために必要な強い照光は電
気抵抗を低減させ、電流を大きくし、その結果、熱負荷
を大きくし、可能な壊損させる可能性がある。
本発明の目的は表面の過渡運動と超音波運動とを或る
距離において検出するための非常に感度が良く且つ応答
の速い方法と装置とを提供することによってこれら限界
を克服することにある。
距離において検出するための非常に感度が良く且つ応答
の速い方法と装置とを提供することによってこれら限界
を克服することにある。
発明の開示 本発明によれば所定の存続期間を有する工作物の表面
から過渡運動を光学的に検出する方法において、（ａ）
レーザによって発生されたビームを前記表面に向ける工
程と、（ｂ）前記表面によって反射、或いは散乱された
光ビームを受光する工程と、（ｃ）実時間ホログラム材
料の内部において該受光された光ビームとレーザから取
り出されたポンプ光とを干渉させ、該ポンプ光を回折し
て参照光にする格子を形成し、実時間ホログラム材料の
出力端において参照光を該受光せしめられた光ビームと
干渉させて前記表面の過渡運動を表す信号を発生する工
程と、（ｄ）検出すべき過渡運動の開始前に参照光の強
度を実質的に高め且つ参照光に該受光された光ビームの
位相とは実質的に異なる位相を与えるのに十分な大きさ
の電界を検出されるべき過渡運動を捕捉するのに十分に
長いが実時間ホログラム材料の過熱を回避するほど十分
に短い時間間隔に亘って実時間ホログラム材料に印加
し、前記ポンプ光の強度が実時間ホログラム材料の応答
時間を該受光された光ビームの空間分布において平均的
に、或いは局所的に該受光された光ビームの位相が実質
的に変化しない間の時間として定義される特性時間より
も実質的に短くするのに十分に高くなっているようにす
る工程と、（ｅ）該電界印加後の予め定められた時点で
工作物の表面の過渡運動を該実時間ホログラム材料に誘
発させ、ポンプ光の強度と、印加電界の振幅と、印加電
界印加時間とが実時間ホログラム材料の壊損の発生を回
避する程度であるようにする工程と、を具備する方法が
提供される。
から過渡運動を光学的に検出する方法において、（ａ）
レーザによって発生されたビームを前記表面に向ける工
程と、（ｂ）前記表面によって反射、或いは散乱された
光ビームを受光する工程と、（ｃ）実時間ホログラム材
料の内部において該受光された光ビームとレーザから取
り出されたポンプ光とを干渉させ、該ポンプ光を回折し
て参照光にする格子を形成し、実時間ホログラム材料の
出力端において参照光を該受光せしめられた光ビームと
干渉させて前記表面の過渡運動を表す信号を発生する工
程と、（ｄ）検出すべき過渡運動の開始前に参照光の強
度を実質的に高め且つ参照光に該受光された光ビームの
位相とは実質的に異なる位相を与えるのに十分な大きさ
の電界を検出されるべき過渡運動を捕捉するのに十分に
長いが実時間ホログラム材料の過熱を回避するほど十分
に短い時間間隔に亘って実時間ホログラム材料に印加
し、前記ポンプ光の強度が実時間ホログラム材料の応答
時間を該受光された光ビームの空間分布において平均的
に、或いは局所的に該受光された光ビームの位相が実質
的に変化しない間の時間として定義される特性時間より
も実質的に短くするのに十分に高くなっているようにす
る工程と、（ｅ）該電界印加後の予め定められた時点で
工作物の表面の過渡運動を該実時間ホログラム材料に誘
発させ、ポンプ光の強度と、印加電界の振幅と、印加電
界印加時間とが実時間ホログラム材料の壊損の発生を回
避する程度であるようにする工程と、を具備する方法が
提供される。
別の発明では予め定められた持続時間を有する過渡運
動を工作物の表面から光学的に検出するための装置にお
いて、（ａ）過渡運動を誘発するための過渡運動誘発手
段と、（ｂ）レーザビームを発生させ、該レーザビーム
を工作物の表面に向けるための手段と、（ｃ）工作物の
表面によって反射、或いは散乱され、工作物の表面の過
渡運動によって位相変調された光ビームを受光するため
の手段と、（ｅ）電極を具備し、受光された光ビームを
集光するように配置された実時間ホログラム材料要素
と、（ｆ）実時間ホログラム材料要素の応答時間を該受
光された光ビームの空間分布において平均的に、或いは
局所的に該受光された光ビームの位相が実質的に変化し
ない間の時間として定義される特性時間よりも実質的に
短くするのに十分に高い強度を有するポンプ光をレーザ
ビームから取り出すための手段と、（ｇ）実時間ホログ
ラム材料要素の内部において該受光された光ビームをポ
ンプ光と干渉させ、ポンプ光を回折して参照光にする格
子を形成し、実時間ホログラム材料の出力端において参
照光を該受光された光ビームと干渉させ、工作物の表面
の過渡運動を表す信号を発生するための手段と、（ｈ）
実時間ホログラム材料要素の電極に該受光された光ビー
ムの位相とは実質的に異なる位相を有する参照光の強度
を実質的に高めるのに十分な規模のパルス電圧を印加す
るための手段と、（ｉ）パルス電圧が過渡運動誘発手段
の起動前に印加され、実時間ホログラム材料の加熱を回
避するためにパルス電圧印加時間を最小限度に抑えなが
ら過渡運動の終了後に解除されるように過渡運動の励起
と該電界印加との開始のタイミングをとるための手段
と、を具備する装置が提供される。
動を工作物の表面から光学的に検出するための装置にお
いて、（ａ）過渡運動を誘発するための過渡運動誘発手
段と、（ｂ）レーザビームを発生させ、該レーザビーム
を工作物の表面に向けるための手段と、（ｃ）工作物の
表面によって反射、或いは散乱され、工作物の表面の過
渡運動によって位相変調された光ビームを受光するため
の手段と、（ｅ）電極を具備し、受光された光ビームを
集光するように配置された実時間ホログラム材料要素
と、（ｆ）実時間ホログラム材料要素の応答時間を該受
光された光ビームの空間分布において平均的に、或いは
局所的に該受光された光ビームの位相が実質的に変化し
ない間の時間として定義される特性時間よりも実質的に
短くするのに十分に高い強度を有するポンプ光をレーザ
ビームから取り出すための手段と、（ｇ）実時間ホログ
ラム材料要素の内部において該受光された光ビームをポ
ンプ光と干渉させ、ポンプ光を回折して参照光にする格
子を形成し、実時間ホログラム材料の出力端において参
照光を該受光された光ビームと干渉させ、工作物の表面
の過渡運動を表す信号を発生するための手段と、（ｈ）
実時間ホログラム材料要素の電極に該受光された光ビー
ムの位相とは実質的に異なる位相を有する参照光の強度
を実質的に高めるのに十分な規模のパルス電圧を印加す
るための手段と、（ｉ）パルス電圧が過渡運動誘発手段
の起動前に印加され、実時間ホログラム材料の加熱を回
避するためにパルス電圧印加時間を最小限度に抑えなが
ら過渡運動の終了後に解除されるように過渡運動の励起
と該電界印加との開始のタイミングをとるための手段
と、を具備する装置が提供される。
図面の簡単な説明 図１は過渡運動を工作物の表面から光学的に検出する
ための装置の第１実施例の概略説明図である。
ための装置の第１実施例の概略説明図である。
図２は特異な検出方法を含む、工作物の表面から過渡
運動を光学的に検出するための装置の第２実施例の概略
説明図である。
運動を光学的に検出するための装置の第２実施例の概略
説明図である。
図３は要素間に光路を提供する光ファイバを含む、工
作物の表面から過渡運動を光学的に検出するための装置
の第３実施例の概略説明図である。
作物の表面から過渡運動を光学的に検出するための装置
の第３実施例の概略説明図である。
図４は信号光の２種の偏光を用いて工作物の表面から
過渡運動を光学的に検出するための装置の第４実施例の
概略説明図である。
過渡運動を光学的に検出するための装置の第４実施例の
概略説明図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す。図１に示したよう
にレーザ10は表面が過渡運動、例えば超音波によって励
起された運動をしている工作物14を照光する。工作物14
の表面から散乱し、或いは反射したレーザ光の一部がレ
ンズ系Ｌにより集光され、次いで好ましくは光屈折クリ
スタルの形をした実時間ホログラム材料18に投射され
る。またレーザ10の出力端においてビームスプリッタ12
によりレーザビームの一部（ポンプ光）が取り出され、
実時間ホログラム材料18に送られ、ここでこのレーザビ
ームの一部が工作物14の表面から集光されたビーム（信
号光）と干渉し、上述した参照波を生成するために干渉
格子、すなわち或る屈折率の屈折格子（または吸収格
子）を生成する。参照波は伝達された信号波と干渉する
ことによって表面運動を表す強度変調信号を生成し、こ
の強度変調信号は実時間ホログラム材料18の出力端にお
いて最終的に光検出器22に出現する。
にレーザ10は表面が過渡運動、例えば超音波によって励
起された運動をしている工作物14を照光する。工作物14
の表面から散乱し、或いは反射したレーザ光の一部がレ
ンズ系Ｌにより集光され、次いで好ましくは光屈折クリ
スタルの形をした実時間ホログラム材料18に投射され
る。またレーザ10の出力端においてビームスプリッタ12
によりレーザビームの一部（ポンプ光）が取り出され、
実時間ホログラム材料18に送られ、ここでこのレーザビ
ームの一部が工作物14の表面から集光されたビーム（信
号光）と干渉し、上述した参照波を生成するために干渉
格子、すなわち或る屈折率の屈折格子（または吸収格
子）を生成する。参照波は伝達された信号波と干渉する
ことによって表面運動を表す強度変調信号を生成し、こ
の強度変調信号は実時間ホログラム材料18の出力端にお
いて最終的に光検出器22に出現する。
対向する２つの面に配置された２つの電極に電圧を印
加することによって実時間ホログラム材料（または光屈
折クリスタル）18全体に亘って電界が付与される。上述
したように強い電界に短い応答時間の要件を課すことは
難しさの原因となる。本願の発明者は図１に略示した３
つの必須の構成の組合せによって感度と応答時間との両
方の観点から満足する機構を見出した。
加することによって実時間ホログラム材料（または光屈
折クリスタル）18全体に亘って電界が付与される。上述
したように強い電界に短い応答時間の要件を課すことは
難しさの原因となる。本願の発明者は図１に略示した３
つの必須の構成の組合せによって感度と応答時間との両
方の観点から満足する機構を見出した。
第一に工作物の表面の過渡運動、すなわち超音波運動
の検出に要する時間だけ電圧を印加するようにする。図
１に示したようにクロック始動電子回路26を使用してク
ロック信号を発生させ、実時間ホログラム材料18に設け
た電極に接続されている出力を備えた高電圧源24（代表
的には数kV）のオン・オフ（オン・オフ切替え）を指令
する。代表的なオン間隔は約100μｍであり、このオン
間隔は関係のある超音波信号を捕捉するのには十分であ
る。クロック始動電子回路26は高電圧源24をオンした後
に超音波発生装置を始動するためにも使用される。実際
の超音波発生装置は通常はレーザであるがピエゾ電子装
置などの他の手段を使用してもよい。
の検出に要する時間だけ電圧を印加するようにする。図
１に示したようにクロック始動電子回路26を使用してク
ロック信号を発生させ、実時間ホログラム材料18に設け
た電極に接続されている出力を備えた高電圧源24（代表
的には数kV）のオン・オフ（オン・オフ切替え）を指令
する。代表的なオン間隔は約100μｍであり、このオン
間隔は関係のある超音波信号を捕捉するのには十分であ
る。クロック始動電子回路26は高電圧源24をオンした後
に超音波発生装置を始動するためにも使用される。実際
の超音波発生装置は通常はレーザであるがピエゾ電子装
置などの他の手段を使用してもよい。
第二に高速実時間ホログラム要素18を使用するように
する。高速実時間ホログラム要素18はBSO、BGO、或いは
BTOといったシレナイト（sillenite）タイプのクリスタ
ルであり、好ましくは半導体光屈折クリスタルである。
適切なクリスタルは鉄をドーピングしたインジウム燐化
物（InP）、バナジウムをドーピングしたカドミウムテ
ルル化物（CdTe）である。実時間ホログラム要素18は最
大許容印加電圧に対して最適な感度が得られるように選
択された。
する。高速実時間ホログラム要素18はBSO、BGO、或いは
BTOといったシレナイト（sillenite）タイプのクリスタ
ルであり、好ましくは半導体光屈折クリスタルである。
適切なクリスタルは鉄をドーピングしたインジウム燐化
物（InP）、バナジウムをドーピングしたカドミウムテ
ルル化物（CdTe）である。実時間ホログラム要素18は最
大許容印加電圧に対して最適な感度が得られるように選
択された。
第三に十分なポンプ光を実時間ホログラム要素18に照
光し、これにより実時間ホログラム要素18の光導電性を
高め、そして実時間ホログラム要素18の応答時間を短縮
するようにする。工作物14が静止していて強い振動の影
響を受けない場合には連続レーザの使用が適している。
或いは一層高い強度を与えるためにはパルスシステムが
使用される。この場合、レーザシステムはクロック始動
電子回路26によって電圧を印加した後であって超音波発
生源をオンする前に始動される。１〜10μｍの応答時間
が要求される実際の多くの場合には数百ワットを実時間
ホログラム要素18に送って1kW/cm2のレンジで照光す
る。
光し、これにより実時間ホログラム要素18の光導電性を
高め、そして実時間ホログラム要素18の応答時間を短縮
するようにする。工作物14が静止していて強い振動の影
響を受けない場合には連続レーザの使用が適している。
或いは一層高い強度を与えるためにはパルスシステムが
使用される。この場合、レーザシステムはクロック始動
電子回路26によって電圧を印加した後であって超音波発
生源をオンする前に始動される。１〜10μｍの応答時間
が要求される実際の多くの場合には数百ワットを実時間
ホログラム要素18に送って1kW/cm2のレンジで照光す
る。
図１に示したように実時間ホログラム要素18は温度の
逃散を回避するために熱電気クーラ20に搭載されるか、
択一的に適切にヒートシンク（熱吸収）される。図１に
示したように通常、偏光されたポンプ光の偏光度と同じ
偏光度を選択するために偏光子16が信号光の経路に追加
される。それにも拘らず同じ偏光度のビーム間でのみ干
渉が起きる。偏光子16は光検出器22により集光されると
ノイズとなってしまう有用ではない光を除去する。特に
光を工作物14から集光し、次いで大きなマルチモードフ
ァイバ（図１には図示せず）を用いて実時間ホログラム
要素18に伝達する場合にこのような偏光子16が追加され
る。この場合、ファイバを介した伝搬の後に完全に近い
偏光解消が出現する。InP、CdTe等の立方晶系の光屈折
クリスタルにとって適切な構成は以下のものである。
逃散を回避するために熱電気クーラ20に搭載されるか、
択一的に適切にヒートシンク（熱吸収）される。図１に
示したように通常、偏光されたポンプ光の偏光度と同じ
偏光度を選択するために偏光子16が信号光の経路に追加
される。それにも拘らず同じ偏光度のビーム間でのみ干
渉が起きる。偏光子16は光検出器22により集光されると
ノイズとなってしまう有用ではない光を除去する。特に
光を工作物14から集光し、次いで大きなマルチモードフ
ァイバ（図１には図示せず）を用いて実時間ホログラム
要素18に伝達する場合にこのような偏光子16が追加され
る。この場合、ファイバを介した伝搬の後に完全に近い
偏光解消が出現する。InP、CdTe等の立方晶系の光屈折
クリスタルにとって適切な構成は以下のものである。
光屈折クリスタルは［001］面と、［−110］面と、
［110］面とに沿って切削され、入力面は［−110］面で
あり、信号光とポンプ光とは［110］面において伝搬
し、どちらも［110］の方向に沿って偏光され、空間電
荷の電界と印加電界とはどちらも［001］の方向に沿っ
ている（電極は［001］面にある）。
［110］面とに沿って切削され、入力面は［−110］面で
あり、信号光とポンプ光とは［110］面において伝搬
し、どちらも［110］の方向に沿って偏光され、空間電
荷の電界と印加電界とはどちらも［001］の方向に沿っ
ている（電極は［001］面にある）。
図２は本発明の第２実施例を示す。本実施例において
は実時間ホログラム要素18はここでも限定するものでは
ないが好ましくは光屈折クリスタルの形であり、これが
伝達信号光に対してポンプ光を直角な偏光で以って回折
（異方性回折）するような構成で以って使用される。こ
れは特にInP、CdTe等の立方晶系のクリスタルにおいて
次の構成で以って起きる。クリスタルは上述したものと
同じカット（［001］面、［−110］面、および［110］
面）を有し、入力面も上述したように［−110］面であ
り、信号光とポンプ光とは［001］面において伝搬し、
どちらも［001］の方向に沿って偏光され、空間電荷の
電界と印加電界とはどちらも［110］の方向に沿ってい
る（電極は［110］面にある。）。レーザ10の出力端に
あって実時間ホログラム要素18よりも時間的に先んじた
位置にある偏光子16によって与えられる偏光方向は図面
の平面に対して直角の方向になる。図２に示したように
回折ポンプ光（参照光）の伝達信号光との両者は偏光ビ
ームスプリッタPBSにおける図面の平面に対して45゜に
配向する２種の偏光方向に沿って干渉し合う。偏光ビー
ムスプリッタ（PBS）の２種の偏光方向に沿った光信号
は２つの検出器30、32によって就航され、その出力は差
動増幅器34に送られる。これら２種の信号の変動部分が
反対のサインを有しているので、この構成は１つの検出
器のみを使用する場合に比べて感度を増すことができ
る。
は実時間ホログラム要素18はここでも限定するものでは
ないが好ましくは光屈折クリスタルの形であり、これが
伝達信号光に対してポンプ光を直角な偏光で以って回折
（異方性回折）するような構成で以って使用される。こ
れは特にInP、CdTe等の立方晶系のクリスタルにおいて
次の構成で以って起きる。クリスタルは上述したものと
同じカット（［001］面、［−110］面、および［110］
面）を有し、入力面も上述したように［−110］面であ
り、信号光とポンプ光とは［001］面において伝搬し、
どちらも［001］の方向に沿って偏光され、空間電荷の
電界と印加電界とはどちらも［110］の方向に沿ってい
る（電極は［110］面にある。）。レーザ10の出力端に
あって実時間ホログラム要素18よりも時間的に先んじた
位置にある偏光子16によって与えられる偏光方向は図面
の平面に対して直角の方向になる。図２に示したように
回折ポンプ光（参照光）の伝達信号光との両者は偏光ビ
ームスプリッタPBSにおける図面の平面に対して45゜に
配向する２種の偏光方向に沿って干渉し合う。偏光ビー
ムスプリッタ（PBS）の２種の偏光方向に沿った光信号
は２つの検出器30、32によって就航され、その出力は差
動増幅器34に送られる。これら２種の信号の変動部分が
反対のサインを有しているので、この構成は１つの検出
器のみを使用する場合に比べて感度を増すことができ
る。
本実施例は応答時間を非常に短くするのに必要な高い
強度のポンプ光と組み合わされた高い反復率のレーザが
印加電界を制限するので第１実施例の場合の合理的長さ
の実時間ホログラム要素18を用いては最適感度に達する
ことができないときに特に有用である。第２実施例にお
いて伝達された信号光と参照光との間の適当な位相のず
れ（シフト）を実時間ホログラム要素（すなわち光屈折
クリスタル）18の出力端において直接的に得ることはで
きないが、位相のずれを図２に示した調節可能な波長板
36によって適切に設定することはできる。波長板36によ
って与えられる追加の位相のずれは表面運動を表す信号
を最大にするために変動される。波長板36の中立軸線は
図面の平面上の軸線と、図面に対して直角な軸線とであ
る。適切な調節可能な波長板36はバビネ・ソレイユ補償
板である。本実施例の他の構成は先の実施例と同じであ
る。
強度のポンプ光と組み合わされた高い反復率のレーザが
印加電界を制限するので第１実施例の場合の合理的長さ
の実時間ホログラム要素18を用いては最適感度に達する
ことができないときに特に有用である。第２実施例にお
いて伝達された信号光と参照光との間の適当な位相のず
れ（シフト）を実時間ホログラム要素（すなわち光屈折
クリスタル）18の出力端において直接的に得ることはで
きないが、位相のずれを図２に示した調節可能な波長板
36によって適切に設定することはできる。波長板36によ
って与えられる追加の位相のずれは表面運動を表す信号
を最大にするために変動される。波長板36の中立軸線は
図面の平面上の軸線と、図面に対して直角な軸線とであ
る。適切な調節可能な波長板36はバビネ・ソレイユ補償
板である。本実施例の他の構成は先の実施例と同じであ
る。
本実施例はその差動構成によりバックグラウンド信号
レベルを最小限に抑え、その結果、レーザ強度変動の効
果を最小限に抑えるのに有用である。これらレーザ強度
変動は検出帯域幅の範囲内にあり、出力信号にノイズを
加える可能性がある。出力信号光と参照光との間におい
て直角位相条件が達成されたとき（この場合、追加位相
のずれがゼロであり、調節可能な波長板を必要としな
い。）に出力バックグラウンドのレベルはゼロであり、
そして出力信号に対するレーザ強度変動の効果は完全に
消去されてしまう。
レベルを最小限に抑え、その結果、レーザ強度変動の効
果を最小限に抑えるのに有用である。これらレーザ強度
変動は検出帯域幅の範囲内にあり、出力信号にノイズを
加える可能性がある。出力信号光と参照光との間におい
て直角位相条件が達成されたとき（この場合、追加位相
のずれがゼロであり、調節可能な波長板を必要としな
い。）に出力バックグラウンドのレベルはゼロであり、
そして出力信号に対するレーザ強度変動の効果は完全に
消去されてしまう。
さらに図２に示した実施例はその差動構成により実時
間ホログラム要素18の表面による強いポンプ光の散乱、
或いは弱い反射に起因する疑似（見せ掛けの）バックグ
ラウンドを最小限に抑えるという利点を有する。
間ホログラム要素18の表面による強いポンプ光の散乱、
或いは弱い反射に起因する疑似（見せ掛けの）バックグ
ラウンドを最小限に抑えるという利点を有する。
図３は本発明の第３の好適実施例を示す。本実施例に
おいては実時間ホログラム要素（または光屈折クリスタ
ル）18とこれに関連した光学機器および検出器とは光フ
ァイバリンクの使用によって検出レーザから特定の距離
の個所に配置可能である。大きなコアサイズのマルチモ
ードファイバOF1と、工作物の表面から散乱光を集光す
るためのレンズL1と、信号光を実時間ホログラム要素18
に投射するためのレンズL2とを有する機器が第１の機器
として上述されており、使用された。実時間ホログラム
要素18に組み入れるために適切な偏光を選択するために
偏光子P1が使用される。ポンプ光のための第２ファイバ
リンクは新規なものである。通常、ポンプ光はレーザか
ら直接得られ、良好な近似的には平面波である。本願の
発明者はマルチモードファイバを通じて組み入れられて
スペックルのような分布を生成するポンプ光が実に良好
に機能することを見出した。図３に示したようにレーザ
光の一部がレンズL3によってファイバOF2に送り込まれ
る。レンズL4は伝達されたレーザ光を実時間ホログラム
要素18に投射する。このレーザ光は偏光子P2によって偏
光される。図３に示したように一つの光検出器22を第１
実施例と同じように使用することができる。第２実施例
にあるような特異な方法を使用することもできる。この
場合、選択された偏光とクリスタル方位は第２実施例に
関して説明したものである。
おいては実時間ホログラム要素（または光屈折クリスタ
ル）18とこれに関連した光学機器および検出器とは光フ
ァイバリンクの使用によって検出レーザから特定の距離
の個所に配置可能である。大きなコアサイズのマルチモ
ードファイバOF1と、工作物の表面から散乱光を集光す
るためのレンズL1と、信号光を実時間ホログラム要素18
に投射するためのレンズL2とを有する機器が第１の機器
として上述されており、使用された。実時間ホログラム
要素18に組み入れるために適切な偏光を選択するために
偏光子P1が使用される。ポンプ光のための第２ファイバ
リンクは新規なものである。通常、ポンプ光はレーザか
ら直接得られ、良好な近似的には平面波である。本願の
発明者はマルチモードファイバを通じて組み入れられて
スペックルのような分布を生成するポンプ光が実に良好
に機能することを見出した。図３に示したようにレーザ
光の一部がレンズL3によってファイバOF2に送り込まれ
る。レンズL4は伝達されたレーザ光を実時間ホログラム
要素18に投射する。このレーザ光は偏光子P2によって偏
光される。図３に示したように一つの光検出器22を第１
実施例と同じように使用することができる。第２実施例
にあるような特異な方法を使用することもできる。この
場合、選択された偏光とクリスタル方位は第２実施例に
関して説明したものである。
図４は本発明の第４実施例を示す。先の実施例とは違
って本実施例は信号光の両種の偏光を使用する。実時間
ホログラム要素18の方位は第２実施例の方位と同じであ
る。信号光とポンプ光とは先の実施例で説明したような
光ファイバを介して実時間ホログラム要素18に送り込ま
れる。光ファイバの出力端において偏光子は使用されな
い。これら光ファイバは優位の偏光方向のないスペック
ルのような光、すなわち非偏光光を与えるコアサイズの
大きなマルチモードファイバである。図面の平面に対し
て45゜に配向した偏光ビームスプリッタPBSが使用され
る。偏光ビームスプリッタ後の２種の信号は２つの検出
器30、32によって集光され、これらの後に差動増幅器34
が続く。出力信号は結果的に光ファイバの両偏光の寄与
によってもたらされ、そして利用することができる光パ
ワーが一層有効に使われるので結果的に感度が改善され
る。
って本実施例は信号光の両種の偏光を使用する。実時間
ホログラム要素18の方位は第２実施例の方位と同じであ
る。信号光とポンプ光とは先の実施例で説明したような
光ファイバを介して実時間ホログラム要素18に送り込ま
れる。光ファイバの出力端において偏光子は使用されな
い。これら光ファイバは優位の偏光方向のないスペック
ルのような光、すなわち非偏光光を与えるコアサイズの
大きなマルチモードファイバである。図面の平面に対し
て45゜に配向した偏光ビームスプリッタPBSが使用され
る。偏光ビームスプリッタ後の２種の信号は２つの検出
器30、32によって集光され、これらの後に差動増幅器34
が続く。出力信号は結果的に光ファイバの両偏光の寄与
によってもたらされ、そして利用することができる光パ
ワーが一層有効に使われるので結果的に感度が改善され
る。
正確にはこの場合の装置の動作は以下のように理解す
ることができる。電界を印加することにより図面の平面
に対して45゜の２つの新しい中立軸線が生成される。信
号ファイバとポンプファイバとからの偏光されていない
ビームは略同じ強度を有し且つ新しい各中立軸線に沿っ
て偏光された２種の非干渉性ビームの重ね合わせと考え
ることができる。これら両ビームは反対のサインの形で
示すことができる或る屈折率の屈折格子を生成する。そ
して反対のサインを有する表面運動を表す２つの信号が
生成され、これら両信号は図４に示した差動構成を使用
したときには合わさる。詳細な分析によれば以下の条
件、すなわち両実施例において等しい電界が印加され、
その強度が図３の実施例における最適感度を与える程度
のものであるという条件が満たされているときには偏光
子（または偏光器）を用いていない図４に示した実施例
は偏光子を有する図３に示した先の実施例における感度
と等しい感度（等しい信号対雑音比）をもたらした。一
層強い電界をレーザ反復率と応答時間要件とに応じて印
加させることができたときには一層良好な感度を達成さ
せることもできる。分析によれば図３に示した第３実施
例を基準にして に等しいファクターだけ本実施例における感度を増大さ
せることができることが判明した。
ることができる。電界を印加することにより図面の平面
に対して45゜の２つの新しい中立軸線が生成される。信
号ファイバとポンプファイバとからの偏光されていない
ビームは略同じ強度を有し且つ新しい各中立軸線に沿っ
て偏光された２種の非干渉性ビームの重ね合わせと考え
ることができる。これら両ビームは反対のサインの形で
示すことができる或る屈折率の屈折格子を生成する。そ
して反対のサインを有する表面運動を表す２つの信号が
生成され、これら両信号は図４に示した差動構成を使用
したときには合わさる。詳細な分析によれば以下の条
件、すなわち両実施例において等しい電界が印加され、
その強度が図３の実施例における最適感度を与える程度
のものであるという条件が満たされているときには偏光
子（または偏光器）を用いていない図４に示した実施例
は偏光子を有する図３に示した先の実施例における感度
と等しい感度（等しい信号対雑音比）をもたらした。一
層強い電界をレーザ反復率と応答時間要件とに応じて印
加させることができたときには一層良好な感度を達成さ
せることもできる。分析によれば図３に示した第３実施
例を基準にして に等しいファクターだけ本実施例における感度を増大さ
せることができることが判明した。
もちろん他の数多くの実施態様を本発明の精神と範囲
から逸脱するとなく構想することもできる。
から逸脱するとなく構想することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドゥライユ，フィリップ フランス国，75010 パリ，リュ デュ フォブール サン−マルタン 257 (72)発明者 ドロイェ，デニ カナダ国，ケベック エイチ１エム ３ ケー１，モントリオール，ジェラール モーリセット 6273 (72)発明者 モンシャラン，ジャン−ピエール カナダ国，ケベック エイチ４エー ２ ティー８，モントリオール，アベニュ ウィルソン 3840 (72)発明者 ルーサン，ジェラール フランス国，ラ セル−レ−ボルデ 78720，リュ ドゥ ラ ギヨワイル ３ (56)参考文献 特開 平４−221721（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−94432（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−4903（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144090（ＪＰ，Ａ) 米国特許5680212（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 9/027 G01B 11/16 G01H 9/00
Claims (23)
- 【請求項１】予め定められた持続時間を有する過渡運動
を工作物の表面から光学的に検出する方法において、
（ａ）レーザによって発生せしめられたレーザビームを
工作物の表面に向ける工程と、（ｂ）工作物の表面によ
って反射せしめられ、或いは散乱せしめられた光ビーム
を受光する工程と、（ｃ）該受光された光ビームとレー
ザビームから取り出されたポンプ光とを実時間ホログラ
ム材料の内部において干渉させ、ポンプ光を参照光に回
折する格子を形成し、該参照光を実時間ホログラム材料
の出力端において上記受光された光ビームと干渉させ、
工作物の表面の過渡運動を表す信号を発生する干渉工程
と、（ｄ）参照光の強度を実質的に高め且つ該参照光に
上記受光された光ビームの位相と実質的に異なる位相を
与えるのに十分な規模の電界を過渡運動を捕捉するには
十分に長いが実時間ホログラム材料の過熱を回避するに
は十分に短い時間間隔に亘って検出されるべき過渡運動
が始まる前に実時間ホログラム材料に印加し、ポンプ光
の強度が上記受光された光ビームの位相が空間分布に亘
って平均的に、或いは局所的に実質的に変化しない間の
時間として定義される特性時間よりも実時間ホログラム
材料の応答時間を実質的に短くするのに十分に高くなっ
ているようにした工程と、（ｅ）実時間ホログラム材料
に電界を印加した後の予め定められた時点において工作
物の表面の過渡運動を誘発し、ポンプ光の強度と、印加
電界の振幅と、電界印加時間とが実時間ホログラム材料
の壊損の発生を回避する程度であるようにする工程と、
を具備する方法。 - 【請求項２】上記受光された光ビームが上記干渉工程
（ｃ）を実施する前に偏光せしめられる請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】上記レーザが工作物の表面の過渡運動の持
続時間を越え且つ上記特性時間を越え且つ上記電界印加
時間よりも短いパルス持続時間でパルセーションせしめ
られる請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】上記実時間ホログラム材料がクリスタルで
あり、上記参照光が確実に上記受光された光ビームに対
して垂直に偏光せしめられるように切削され且つ方位付
けられる請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】上記実時間ホログラム材料が光屈折材料で
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】上記レーザビームから取り出されたポンプ
光が光ファイバによって伝達され、上記受光された光ビ
ームが上記レーザから取り出されたポンプ光と実時間ホ
ログラム材料の内部において干渉せしめられる前に偏光
せしめられる請求項２に記載の方法。 - 【請求項７】上記レーザビームから取り出されたポンプ
光と受光ビームとが両方とも光ファイバによって伝達さ
れ、実質的に偏光せしめられていない状態で実時間ホロ
グラム材料に送り込まれる請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】予め定められた持続期間を有する過渡運動
を工作物の表面から光学的に検出する装置において、
（ａ）過渡運動を誘発するための過渡運動誘発手段と、
（ｂ）レーザビームを発生し且つ該レーザビームを工作
物の表面に向けるためのレーザービーム発生手段と、
（ｃ）工作物の表面により反射され、或いは散乱され且
つ該工作物の表面の過渡運動によって位相変調された光
を受光するための手段と、（ｅ）電極を具備し且つ受光
された光ビームを集光するように配置された実時間ホロ
グラム材料要素と、（ｆ）実時間ホログラム材料要素の
応答時間を空間分布に亘って平均的な、或いは局所的な
上記受光された光ビームの位相が実質的に変化しない間
の時間として定義される特性時間よりも実質的に短くす
るのに十分に高い強度のポンプ光を直接取り出すための
手段と、（ｇ）実時間ホログラム材料要素の内部におい
て上記受光された光ビームをポンプ光と干渉させ、上記
ポンプ光を参照光に回折する格子を形成し、実時間ホロ
グラム材料の出力端において参照光を上記受光された光
ビームと干渉させ、工作物の表面の過渡運動を表す信号
を発生するための手段と、（ｈ）上記伝達され受光され
た光ビームの位相とは実質的に異なる位相で参照光の強
度を実質的に高めるのに十分な規模のパルス電圧を実時
間ホログラム材料要素の電極に印加するための手段と、
（ｉ）上記過渡運動の励起と上記電界の印加との開始の
タイミングをとり、上記電圧が上記過渡運動誘発手段の
始動前に印加され、上記過渡運動の終了後にその印加が
解除され、実時間ホログラム材料の加熱を回避するため
に電圧印加時間を最小限度に抑えるためのタイミング手
段とを具備する装置。 - 【請求項９】さらに上記受光された光ビームを実時間ホ
ログラム材料要素に組み入れる前に偏光するための第１
偏光手段を有する請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】上記レーザビーム発生手段が工作物の表
面の過渡運動の持続時間を越え且つ上記特性時間を越え
且つ上記電圧印加時間よりも短いパルス持続時間でパル
セーションせしめられ、該レーザパルスの起動が上記タ
イミング手段により制御される請求項８に記載の装置。 - 【請求項１１】上記実時間ホログラム材料要素が光屈折
クリスタルである請求項８に記載の装置。 - 【請求項１２】上記光屈折クリスタル材料がシレナイト
である請求項11に記載の装置。 - 【請求項１３】上記光屈折クリスタル材料が半導体であ
る請求項11に記載の装置。 - 【請求項１４】上記光屈折クリスタル材料がドープドイ
ンジウム燐化物である請求項13に記載の装置。 - 【請求項１５】上記光屈折クリスタル材料がドープドカ
ドミウムテルル化物である請求項13に記載の装置。 - 【請求項１６】さらに熱電冷却手段を有し、該熱電冷却
手段に上記実時間ホログラム材料要素が搭載される請求
項８に記載の装置。 - 【請求項１７】上記印加電圧の規模が参照光が上記伝達
され受光された光ビームと実質的に垂直な位相になるよ
うにする規模である請求項８に記載の装置。 - 【請求項１８】上記実時間ホログラム材料要素はクリス
タルであり、上記受光された光ビームに対して直角に偏
光せしめられた参照光を生成するように切削され且つ方
位付けられており、請求項８の（ｇ）に記載の工作物の
表面の過渡運動を表す信号を発生する干渉は二種類の出
力信号光を発信するために偏光ビームスプリッタ手段に
よりなされる請求項９に記載の装置。 - 【請求項１９】上記出力信号光を集光し、バックグラウ
ンド信号の最小オフセットと見せ掛けの寄与を伴った上
記工作物の表面の過渡運動を表す信号を差動増幅器が発
信するためにこれに信号を与える２つの光検出器をさら
に具備する請求項18に記載の装置。 - 【請求項２０】上記差動増幅器の出力端において工作物
の表面の過渡運動を表す信号を最大にするための調節可
能な波長板をさらに具備する請求項19に記載の装置。 - 【請求項２１】上記ポンプ光を実時間ホログラム材料要
素に伝達するための光ファイバと、上記第１偏光手段と
同じ偏光を与えるために実時間ホログラム材料要素より
時間的に先んじた位置に設けられる第２偏光手段とをさ
らに具備する請求項９に記載の装置。 - 【請求項２２】上記ポンプ光と上記受光された光ビーム
を実時間ホログラム材料要素に送り込むために伝達する
二本の光ファイバをさらに具備し、実時間ホログラム材
料要素より時間的に先んじたこれら二本の光ファイバの
出力が実質的に偏光されず、実時間ホログラム材料要素
に送り込まれるようにした請求項８に記載の装置。 - 【請求項２３】二種類の信号光を発信するために設けら
れる偏光ビームスプリッタと、これら信号光を受信する
ための二つの光検出器とをさらに具備し、これら光検出
器が信号を差動増幅器手段に発信し、工作物の表面の過
渡運動を表す信号を提供する請求項22に記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/632,073 US5680212A (en) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Sensitive and fast response optical detection of transient motion from a scattering surface by two-wave mixing |
| US08/632,073 | 1996-04-15 | ||
| PCT/CA1997/000290 WO1997039305A1 (en) | 1996-04-15 | 1997-04-09 | Sensitive and fast response optical detection of transient motion from a scattering surface by two-wave mixing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000501189A JP2000501189A (ja) | 2000-02-02 |
| JP3295432B2 true JP3295432B2 (ja) | 2002-06-24 |
Family
ID=24533967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53661197A Expired - Fee Related JP3295432B2 (ja) | 1996-04-15 | 1997-04-09 | 二波混合法による散乱面からの過渡的運動の高感度、高速応答性光学的検出 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5680212A (ja) |
| EP (1) | EP0832418B1 (ja) |
| JP (1) | JP3295432B2 (ja) |
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| DE (1) | DE69706010T2 (ja) |
| WO (1) | WO1997039305A1 (ja) |
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| 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 |
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- 1996-04-15 US US08/632,073 patent/US5680212A/en not_active Expired - Lifetime
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1997
- 1997-04-09 JP JP53661197A patent/JP3295432B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1997-04-09 DE DE69706010T patent/DE69706010T2/de not_active Expired - Lifetime
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