JP4027261B2 - 多重ビームの照射によるレーザ超音波発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象体にレーザビームを照射して超音波を発生させ、光干渉計を利用して超音波による材料の検査を非接触で行い、高温の物体や、移動体にも適用できる非破壊検査を行う装置で、より詳しくは、レーザ超音波の発生効率向上のため、多重レーザビームを生じさせ、適切に測定対象体に照射することにより、高強度の超音波を発生させ、測定対象体内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性を正確に評価し、信頼性の高い結晶粒径測定並びに、内部欠陥の評価が可能になるように改善された多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ超音波発生装置においては超音波の送受信方法で圧電素子を利用した方式がよく使われていた。
しかし、製鉄工程のように高温の環境や、測定対象体が動く場合には、接触媒質を利用する接触式超音波法の使用が制限される。これの代替としてロレンツ(lorentz)原理を利用するEMAT(Electro-magnetic acoustic transducer)と、強磁性体の磁歪現象を利用するMsS(Magnetostrictive sensor)技術が非接触式超音波発生及び受信法で提案されているが、測定対象体と送受信探触子の距離が数mmに過ぎないので周辺技術の画期的な進歩がなければ、適用するのが難しい。
【０００３】
一方、レーザを測定対象体に照射させると、熱弾性(Thermoelastic)及び、融発メカニズム(Ablation mechanism)により、測定対象物体において超音波が生じる。特に、レーザビームが高出力に到達すると、入射レーザにより媒質表面から融発現象が起こり、その反発応力により媒質内に振動波である高強度の超音波が生じる。
【０００４】
かかる融発(ablation)領域で生じるレーザ超音波は、測定対象体との離隔距離(lift-off)が大きい環境でも使えるため、遠隔で測定対象体の物性を評価できる。
【０００５】
しかし、レーザを利用した超音波の発生時にレーザの強さをいくら増加させても発生超音波は増加されない。これは、図１０でグラフとして示したように、レーザ強度３００MJ当たりで発生の超音波の強度が飽和される現象が現れるからである。したがって、高強度の超音波を生じさせるには、こうした超音波の発生飽和現象を避けなければならない。
【０００６】
そこで、レーザ応用超音波の発生強度を増加させるために、高強度のレーザ発生器から出るレーザビームを多数のレーザビームに分離して測定対象体に入射させる技術及び、その装置の開発が必要である。又、従来の一本の光ファイバー当りのパルスレーザエネルギー伝送強さは、２５０MJ/pulse程度であるが、高エネルギーレーザを要求する計測分野では、このような一本のレーザだけでは、その強度が不足し、多岐のレーザビームを使用する光学系と、これにふさわしい多数の光ファーバーを備えなければならない。
【０００７】
従来のレーザ超音波を利用した非破壊検査は、高温の製鉄工程で材質物性評価に効果的である。しかし、高い雑音対比信号比(S/N)値の信号を取得するためには、高出力超音波発生用レーザの使用が要求されるが、レーザ強度増加によりレーザ超音波の強度が飽和し、効果的な信号増大を図る必要がある。
【０００８】
また、従来のレーザを利用して物体の内部欠陥を非接触式で探傷する方法と装置については、多数の発明者により多様な形態の特許が提示されている。レーザ超音波についてのこれら発明は、主に測定対象体の一面にレーザを照射させ、測定対象体の内部に超音波を生じさせて、これの反対側に非接触式超音波探触子として、たとえば、光干渉計、音響マイクロフォン、空中超音波探触子、EMATなどを利用して信号を受信し、内部の欠陥などを評価する方法と装置に関するものである。
【０００９】
さらに、超音波探傷と関連したレーザビームの活用分野に関する従来技術としては、特許文献１の“Laser beam aiming apparatus for ultrasonic inspection”がある。これは、超音波探触子と同軸で可視レーザビームを測定対象体に照射させ、十字形を測定対象体の表面に生じさせ、探傷位置を確認するように補完してくれるレーザ照準装置に関するものである。
【００１０】
そして、多重レーザビームの概念を利用する特許文献２の“Multi-beam optical system”があるが、これは、半導体の回路を作るときビーム軌跡線(Beam spot line)の曲げを解決するために導入された多重レーザビーム活用についての特許であり、超音波探傷或いは超音波による物性評価に関する技術内容ではない。したがって、従来は一本のレーザビームを用いており、測定対象体に高強度の超音波を発生させるすべがなくなく、結果として測定対象体の内部欠陥探傷などを信頼性高く行えなかったという問題点があった。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５７７３７２１号公報
【特許文献２】
米国特許第６４６６３５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、レーザ超音波の飽和現象なく、最適のレーザ誘起超音波の強度増加を得るため、多重のレーザビームを生じさせ、適切に測定対象体に照射させることにより、高強度の超音波を生じさせ、測定対象体の内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性を正確に評価して信頼性高い結晶粒径測定並びに内部欠陥評価に生かされるよう改善した、多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述したような目的を達成するために本発明は、測定対象体（１００）にレーザビームを照射して超音波を生じさせ、光干渉計を利用して超音波による内部検査を非接触で行う材料の非破壊検査を遂行する装置において、レーザビームを生じさせるパルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（ｐｕｌｓｅｄ Ｎｄ−ＹＡＧ ｌａｅｒ）（１０）；前記パルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（１０）から出射された１つの高出力レーザビームを複数のレーザビームに分岐する複数のビーム分岐機構と、前記ビーム分岐機構から作られた複数のレーザビームのビーム間距離（ｄ）と各々のレーザビームの照射断面積を調整する大口径焦点レンズ（６２ａ）及び楔形窓焦点レンズ（６２ｂ）からなる組合レンズ機構（６０）とを有し、１本のレービームを多重のレーザビームに分岐して測定対象体（１００）に所定のビーム間距離で照射することにより、高強度の多重パルスレーザ超音波を測定対象体（１００）に生じさせるように構成したことを特徴とする多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しつつ詳しく説明する。本発明の多重ビームによるレーザ超音波の発生装置（１）は、多重パルスレーザ超音波の発生のために多重レーザビームのビーム間の距離と、ビームサイズを独立的に調節できるものであり、＋字形に配置された５個のレーザビームを生じさせる。
【００１５】
図１に示したように、本発明である多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置（１）は、パルスYAGレーザ（１０）の後ろ側で多数の凹及び凸(concave 及びconvex)レンズ（２２a）（２２b）からなるビームサイズ縮小装置(beam reducer set)（２０）を具備する。
【００１６】
前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、水晶（quartz）で作られた凸−凹レンズ（convex-concave lens）の組合で高出力レーザビーム(PO)の大きさを減らす装置である。これは、凹レンズ（２２a）を通して超音波発生用の高エネルギレーザビーム（PO）が入り、凸レンズ（２２b）を通過すれば、凹−凸水晶レンズ集合体（quartz lens set of convex and concave）としてビームの大きさを縮小するものである。
【００１７】
そして、前記ビームの大きさ縮小装置（２０）の後ろ側には、図２に詳しく示したように、レーザビーム（PO）を４０：６０の比率で分けられるようビームスプリッタ（３２）を備えた第１ビーム分岐機構が配置され、その後ろ側には第２ビーム分岐機構（４０）及び、第３ビーム分岐機構（５０）が配置される。
【００１８】
前記のビームスプリッタ（３２）は、ガラス面に適切なコーティングして光を一定の比率に透過させ、残りは反射させるレンズである。
【００１９】
前記第２ビーム分岐機構（４０）は、第１ビーム分岐機構（３０）で４０％反射されたビームを適切な光経路を有するよう多数のミラー（４２a）で調整した後、これをビームスプリッタ（４２b）を通過させ、５０：５０に分離し、測定対象体（１００）のx-軸上に照射される２個のレーザビーム（P１）（P２）を生じさせる。
【００２０】
又、前記第１ビーム分岐機構（３０）から６０％にして透過されたレーザを受け、前記第２ビーム分岐機構（４０）に交叉するよう配置された第３ビーム分岐機構（５０）は、先に６０％にして透過されたレーザを３３.３％反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に１個のレーザビーム（P３）を照射させるようにするビームスプリッタ（５２a）を具備し、残り６６.７％が透過されたレーザビームを５０：５０に反射及び透過させるビームスプリッタ（５４a）を具備して測定対象体（１００）の原点に１個のレーザビーム（P４）を照射させ、続いて透過されたレーザをミラーで反射させ、測定対象体（１００）の y軸上に最終的に１個のビーム（P５）を照射させるようにするミラー（５２b）を具備する。
【００２１】
さらに、前記第２ビーム分岐機構（４０）と第３ビーム分岐機構（５０）の出側には、測定対象体（１００）の表面におけるパルス間の距離調整用組合レンズ機構（６０）が配置され、測定対象体（１００）との間の距離を適切に調節することにより、各ビーム間の距離（d）を効率的に調節できる。
【００２２】
一方、前記組合レンズ機構（６０）は、図４の a),b)に示したように、凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）の組合体を使うものである。
【００２３】
仮に、図４の a）に示したような一般的な焦点光学レンズ（６２a）、たとえば、凸レンズだけを使う場合、測定対象体（１００）とレンズ（６２a）の距離変化により多数のレーザビーム間の距離（d）だけでなく、照射されたビームの大きさが同時に変わってしまうが、適正レーザビーム間の距離（d）とビームの大きさを決めた後に、図４の a)に示したような大口径焦点レンズ（６２a）だけの使用でも可能である。
【００２４】
ところが、レーザビームの大きさをビームサイズ縮小装置（２０）を通過させ縮小し、レーザビーム間の距離（d）だけを減少させようとする場合、ビームの大きさが変わる大口径焦点レンズ（６２a）ではできないため、図４b）に示したような楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を利用し、ビーム間の距離（d）を調節できる。
【００２５】
前記楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）は、測定対象体（１００）との距離が変わると、レーザビームの大きさを変化させず、レーザビーム間の距離（d）を変化させる事ができるので、図４b）において矢印の垂直の方向へのレーザビーム間の距離（d）は自動で変化することになる。このような構造は極めて簡単でかつ小型の構造であり、レーザビーム間の距離（d）を調整可能である。
【００２６】
したがって、このように凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と、楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）の組合体を使って必要に応じて選択したり、あるいはこれらの組合で使えるものである。
【００２７】
前記組合レンズ機構（６０）は、凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と、楔形窓（Wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を各々独立的に、或いは同時にz-軸方向に効率的に動かすよう精密モータ（Step motor）(７０)とコントローラ（controller）(７２)を備えた自動レンズ調整器(Automatic lens position controller)(７４)を図１のように備えている。
【００２８】
又、前記パルスYAGレーザ（１０）と、自動レンズ一調整器（７４）をコンピュータ（８０）に繋いでコンピュータモニターの画像プログラム（MMI）画面を通じ、コントロールできるよう電気的に連結する。
【００２９】
前記のように構成された本発明は、５本のレーザを測定対象体（１００）に照射させると、各ビーム（P１）(P２)(P３)(P４)(P５)のレーザ強度により、熱弾性(Thermoelastic)あるいは融発メカニズム(Ablation mechanism)により測定対象体にて超音波が生じる。特にレーザビームが高出力に到達すると、入射レーザにより媒質表面から融発現象が起こり、レーザ誘導プラズマが生じ、その反力で媒質内に超音波が発生されるが、これを測定対象体（１００）の裏面に照射された検知用レーザ、すなわち光干渉計（Interferometer）（１１０）より照射された別のレーザを用いて測定対象体（１００）表面に現れる微小超音波変位を測ることになる。
【００３０】
このため、本発明は、YAGレーザ発生装置（１）の後ろから多数の凹凸レンズ（２２a）(２２b)からなっているビームサイズ縮小装置（Beam reducer set）（２０）が配置され、これを利用し、高出力パルスレーザから放出されるレーザビーム、すなわち本発明のYAGレーザ(１０)から出射される９mm直径のビーム(P0)を測定対象体（１００）からレーザ超音波を生じさせる上で適切なレーザ強度を有するよう変換する。
【００３１】
なお、前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、水晶でできた凹―凸レンズ集合体（quartz lens set of convex and concave）であり、超音波発生用高エネルギレーザビーム(P0)が入ると、そのビームサイズを縮小する。
【００３２】
そして、前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、測定対象体（１００）に入射されるレーザ入射ビーム(P１)(P２)(P３)(Ｐ４)(P５)などが、各々レーザ超音波発生時に超音波強度飽和を起こさない範囲での最大レーザ強度を有するよう前記レーザビームのサイズを調節する。このように、サイズが調節されたレーザビーム(P0)は、前記ビームサイズ縮小装置（２０）の後ろ側にある第１ビーム分岐機構（３０）で４０：６０の比率に分離され、その後ろ側に備えた第２ビーム分岐機構（４０）及び第３分岐機構（５０）側に反射及び透過される。
【００３３】
前記第２ビーム分岐機構（４０）では、第１ビーム分岐機構（３０）から４０％反射されたビームが適切な経路を有するようミラー（４２a）で調整した後、これをビームスプリッタ（４２b）から５０：５０と分離させ、測定対象体（１００）のx-軸上に照射される２個のレーザビーム(P１)(P２)を生じさせる。
【００３４】
又、第１ビーム分岐機構（３０）で強度が６０％の透過されたレーザは、前記第２ビーム分岐機構（４０）で交叉するよう第３ビーム分岐機構（５０）で前記６０％のレーザビームを先にビームスプリッタ(５１a)が３３．３％反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に１個のレーザビーム（P３）を照射させるようにし、残り６６．７％の透過されたレーザビームをビームスプリッタ（５４a）で反射及び透過させ、測定対象体（１００）の原点に１個のレーザビーム（P４）を照射させ、終わりに透過されたレーザは、ミラー（５２b）で反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に最終に１個のビーム（P５）を照射するようになる。
【００３５】
このように作られた x,y軸にかかった十字形の５個のレーザビーム(P１)(P２)(P３)(P４)(P５)は、殆ど同時に測定対象体（１００）に照射されるよう各ビームの行路差を最小になるように、前記光学要素等、即ち前記ビーム分岐機構（３０）（４０）（５０）等を配置する。
【００３６】
前記のような方法で、５つの分離されたレーザビーム(P１)(P２)(P３)(P４)(P５)を得た後、測定対象体（１００）に照射させるとき、各ビームの間の距離（d）を効率的にコントロールできるように前記第２ビーム分岐機構（４０）と第３ビーム分岐機構（５０）の出側に備えた前記組合レンズ機構（６０）中の凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）或いは、楔形窓(wedge-type window)の光学レンズ（６２b）の中のいずれか１つを使い、測定対象体（１００）の表面との距離を調整することで、図３に示したような５個のレーザの各ビームの間の距離を効率的に調整する。
【００３７】
この際、前記組合レンズ機構（６０）は、レーザビームの大きさの変化無しにレーザビーム間の距離だけを調整する場合、図４の b)で示したように楔形窓(wedge-type window)の光学レンズ（６２b）だけの使用を本発明は具備するものである。
【００３８】
そして、前記レーザビーム間の距離を変化させる楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を、ｚ-軸方向に効率的に動くよう精密モータ（step motor）（７０）とコントローラ（controller）（７２）で自動レンズ位置調整器（automatic lens position controller）(７４)を構成し、前記 YAGレーザ（１０）と自動レンズ位置調整器（７４）などをすべてコンピュータ（８０）とつなぎ、コンピュータモニターの画像プログラム（MMI）画面を通じて統制できるようにしている。
【００３９】
前述したように、本発明では、凡そ1.6joule/pulseのパルス形レーザビーム（PO）を入力させると、伝送中の損失などが生じて、５個のレーザビーム（P１）（P２）（P３）（P４）（P５）の各ビーム当たり２５０〜３００mJ/pulseが測定対象体（１００）の表面に照射される。すなわち、５個のレーザビーム（P１）（P２）（P３）（P４）（P５）を中央に１個、四方９０°方向で４個配置した十字（＋）形態（cross configuration with point symmetry）の多重レーザビームとして得られる。
【００４０】
このように十字（＋）形態の多重入射（cross configuration of 5 sources）の場合に、レーザソースの中心間の距離（d）を変化させた場合の、発生レーザ超音波の強度変化を図５にグラフで示す。なお、縦軸の単位は単一ビーム照射時の強度を１とした時の相対強度を示す。
【００４１】
図５のように、十字形の多重ビーム入射により生じる超音波（縦波）の強度は、多重レーザビームの入射条件により変わることがわかる。すなわち、レーザビーム間の距離が（d）減少するほど発生超音波の強度が強くなり、周波数が増加するにつれ、ビーム間距離が数mm以内で多重入射による超音波強度増加の効果が表れる。
【００４２】
又、図６は、本発明を活用し、生じさせた多重入射レーザビームの照射状態を示してある。これは、ビームの直径を４．５mmと一定に保った状態で楔形窓（Wedge-type window）の焦点レンズ（６２b）を軸方向に移動させつつ、ビーム間の距離（d）を０、５、１０、１５及び２０mmと調整した結果の実例である。
【００４３】
そして、図７は、ビーム直径を３．０mmと一定に保った状態で楔形窓（Wedge-type window）の焦点レンズ（６２b）を軸方向に移動させつつ、ビーム間の距離（d）を０、４．５、８．５、１３mmと調整した結果の実例である。
【００４４】
このように、本発明は測定対象体（１００）に照射された５個のレーザビームにより測定対象体（１００）から高強度の超音波が生じ、測定対象体（１００）裏面に照射された検知用レーザ、および光干渉計(Interferometer)（１１０）で測定対象体（１００）の表面から現れる超音波変位を測れる。
【００４５】
図８は、本発明により生じさせたレーザ超音波信号を示した結果として、図８の a)のように時間軸平面（time-domain）上の取得信号から分析しようとする部分のピーク信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation)処理して図８のｂ）のような周波数領域(domain)に変換させる。
【００４６】
図９は、レーザビームの直径３．０mmである状態でレーザビーム間の距離(d)を変化させながら、得られたレーザ超音波信号の超音波強度を示した結果の一例を示している。
【００４７】
前記のように本発明は、レーザビームの間に距離があり、別別に近い位置で５個のレーザビームを入射させることにより、各々のレーザビーム照射点で超音波を発生させるようになり、各々発生された超音波が、測定対象体（１００）から伝播される過程で超音波の干渉現象が起こるようになり、これを用いて従来の単一レーザビームによる超音波出力強度より極めて大きい強度の超音波出力の発生が可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、高強度の超音波出力を測定対象体（１００）から得ることができ、超音波探傷検査を非接触で行えるため、高温及び移動体を対象に非破壊検査を容易に遂行できる。即ち、高温の連鋳スラブや圧延中の測定対象体（１００）を対象に高強度の超音波を生じさせ、測定対象体（１００）の内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性をオンラインで評価できる。
【００４９】
又、本発明の多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置を利用し、超微細粒鋼のような高付加価値鋼の製造にも活用できる。また、高出力超音波を生じさせ、測定対象体（１００）に入射させることができるので、雑音対信号比(S/N)が高い信号を得て信頼性の高いの結晶粒径測定及び内部欠陥の評価が可能になる。かかる評価結果を圧延或いは、連鋳工程にフィードバックさせると、連鋳スラブ及び圧延製品の品質を画期的に改善させるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置全体構成図。
【図２】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置で、レーザビームの分割部分の構成図。
【図３】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置から得られたレーザビームの軌跡を示した説明図。
【図４】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置に備えた組合レンズの詳細図。
【図５】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置でレーザビームの中心距離変化の際のレーザ超音波強度を示したグラフ図。
【図６】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置により生じさせた多重レーザビームなどの照射形態を示した写真。
【図７】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置において、楔形焦点レンズを利用して調整した多重レーザビームの照射形態を示した写真。
【図８】 a)は、本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置により得られた超音波強度波形を示したグラフ図、b)は、a)図から得られた信号を処理して得た周波数別の振幅の大きさを示したグラフ図。
【図９】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置でビーム間の距離を変化させた場合の超音波強度を示したグラフ図。
【図１０】一般のレーザ照射強度密度による超音波飽和現象を示したグラフである。
【符号の説明】
１０…パルスYAGレーザ
２０…ビームサイズ縮小装置（Beam reducer set）
２２a…凹レンズ
２２b…凸レンズ
３０…第１ビーム分岐機構（Beam splitter module）
３２…ビームスプリッタ
４０…第２ビーム分岐機構（Beam splitter module）
４２a…ミラー（mirror）
４２b…ビームスプリッタ
５０…第３ビーム分岐機構（Beam splitter module）
５２a、５４a…ビームスプリッタ
６０…組合レンズ機構（pulse distance controlling focusing lens）
６２a…大口径焦点レンズ
６２b…楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ
７０…精密モータ(step motor)
７２…コントローラ（controller）
７４…自動レンズ位置調整器（automatic lens position controller）
８０…コンピュータ
１００…測定対象体
１１０…光干渉計（interferometer）
P１、P２、P３、P４、P５…レーザビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象体にレーザビームを照射して超音波を発生させ、光干渉計を利用して超音波による材料の検査を非接触で行い、高温の物体や、移動体にも適用できる非破壊検査を行う装置で、より詳しくは、レーザ超音波の発生効率向上のため、多重レーザビームを生じさせ、適切に測定対象体に照射することにより、高強度の超音波を発生させ、測定対象体内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性を正確に評価し、信頼性の高い結晶粒径測定並びに、内部欠陥の評価が可能になるように改善された多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ超音波発生装置においては超音波の送受信方法で圧電素子を利用した方式がよく使われていた。
しかし、製鉄工程のように高温の環境や、測定対象体が動く場合には、接触媒質を利用する接触式超音波法の使用が制限される。これの代替としてロレンツ(lorentz)原理を利用するEMAT(Electro-magnetic acoustic transducer)と、強磁性体の磁歪現象を利用するMsS(Magnetostrictive sensor)技術が非接触式超音波発生及び受信法で提案されているが、測定対象体と送受信探触子の距離が数mmに過ぎないので周辺技術の画期的な進歩がなければ、適用するのが難しい。
【０００３】
一方、レーザを測定対象体に照射させると、熱弾性(Thermoelastic)及び、融発メカニズム(Ablation mechanism)により、測定対象物体において超音波が生じる。特に、レーザビームが高出力に到達すると、入射レーザにより媒質表面から融発現象が起こり、その反発応力により媒質内に振動波である高強度の超音波が生じる。
【０００４】
かかる融発(ablation)領域で生じるレーザ超音波は、測定対象体との離隔距離(lift-off)が大きい環境でも使えるため、遠隔で測定対象体の物性を評価できる。
【０００５】
しかし、レーザを利用した超音波の発生時にレーザの強さをいくら増加させても発生超音波は増加されない。これは、図１０でグラフとして示したように、レーザ強度３００MJ当たりで発生の超音波の強度が飽和される現象が現れるからである。したがって、高強度の超音波を生じさせるには、こうした超音波の発生飽和現象を避けなければならない。
【０００６】
そこで、レーザ応用超音波の発生強度を増加させるために、高強度のレーザ発生器から出るレーザビームを多数のレーザビームに分離して測定対象体に入射させる技術及び、その装置の開発が必要である。又、従来の一本の光ファイバー当りのパルスレーザエネルギー伝送強さは、２５０MJ/pulse程度であるが、高エネルギーレーザを要求する計測分野では、このような一本のレーザだけでは、その強度が不足し、多岐のレーザビームを使用する光学系と、これにふさわしい多数の光ファーバーを備えなければならない。
【０００７】
従来のレーザ超音波を利用した非破壊検査は、高温の製鉄工程で材質物性評価に効果的である。しかし、高い雑音対比信号比(S/N)値の信号を取得するためには、高出力超音波発生用レーザの使用が要求されるが、レーザ強度増加によりレーザ超音波の強度が飽和し、効果的な信号増大を図る必要がある。
【０００８】
また、従来のレーザを利用して物体の内部欠陥を非接触式で探傷する方法と装置については、多数の発明者により多様な形態の特許が提示されている。レーザ超音波についてのこれら発明は、主に測定対象体の一面にレーザを照射させ、測定対象体の内部に超音波を生じさせて、これの反対側に非接触式超音波探触子として、たとえば、光干渉計、音響マイクロフォン、空中超音波探触子、EMATなどを利用して信号を受信し、内部の欠陥などを評価する方法と装置に関するものである。
【０００９】
さらに、超音波探傷と関連したレーザビームの活用分野に関する従来技術としては、特許文献１の“Laser beam aiming apparatus for ultrasonic inspection”がある。これは、超音波探触子と同軸で可視レーザビームを測定対象体に照射させ、十字形を測定対象体の表面に生じさせ、探傷位置を確認するように補完してくれるレーザ照準装置に関するものである。
【００１０】
そして、多重レーザビームの概念を利用する特許文献２の“Multi-beam optical system”があるが、これは、半導体の回路を作るときビーム軌跡線(Beam spot line)の曲げを解決するために導入された多重レーザビーム活用についての特許であり、超音波探傷或いは超音波による物性評価に関する技術内容ではない。したがって、従来は一本のレーザビームを用いており、測定対象体に高強度の超音波を発生させるすべがなくなく、結果として測定対象体の内部欠陥探傷などを信頼性高く行えなかったという問題点があった。
【００１１】
【特許文献１】
米国特許第５７７３７２１号公報
【特許文献２】
米国特許第６４６６３５１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、レーザ超音波の飽和現象なく、最適のレーザ誘起超音波の強度増加を得るため、多重のレーザビームを生じさせ、適切に測定対象体に照射させることにより、高強度の超音波を生じさせ、測定対象体の内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性を正確に評価して信頼性高い結晶粒径測定並びに内部欠陥評価に生かされるよう改善した、多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述したような目的を達成するために本発明は、測定対象体（１００）にレーザビームを照射して超音波を生じさせ、光干渉計を利用して超音波による内部検査を非接触で行う材料の非破壊検査を遂行する装置において、レーザビームを生じさせるパルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（ｐｕｌｓｅｄ Ｎｄ−ＹＡＧ ｌａｅｒ）（１０）；前記パルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（１０）から出射された１つの高出力レーザビームを複数のレーザビームに分岐する複数のビーム分岐機構と、前記ビーム分岐機構から作られた複数のレーザビームのビーム間距離（ｄ）と各々のレーザビームの照射断面積を調整する大口径焦点レンズ（６２ａ）及び楔形窓焦点レンズ（６２ｂ）からなる組合レンズ機構（６０）とを有し、１本のレービームを多重のレーザビームに分岐して測定対象体（１００）に所定のビーム間距離で照射することにより、高強度の多重パルスレーザ超音波を測定対象体（１００）に生じさせるように構成したことを特徴とする多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しつつ詳しく説明する。本発明の多重ビームによるレーザ超音波の発生装置（１）は、多重パルスレーザ超音波の発生のために多重レーザビームのビーム間の距離と、ビームサイズを独立的に調節できるものであり、＋字形に配置された５個のレーザビームを生じさせる。
【００１５】
図１に示したように、本発明である多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置（１）は、パルスYAGレーザ（１０）の後ろ側で多数の凹及び凸(concave 及びconvex)レンズ（２２a）（２２b）からなるビームサイズ縮小装置(beam reducer set)（２０）を具備する。
【００１６】
前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、水晶（quartz）で作られた凸−凹レンズ（convex-concave lens）の組合で高出力レーザビーム(PO)の大きさを減らす装置である。これは、凹レンズ（２２a）を通して超音波発生用の高エネルギレーザビーム（PO）が入り、凸レンズ（２２b）を通過すれば、凹−凸水晶レンズ集合体（quartz lens set of convex and concave）としてビームの大きさを縮小するものである。
【００１７】
そして、前記ビームの大きさ縮小装置（２０）の後ろ側には、図２に詳しく示したように、レーザビーム（PO）を４０：６０の比率で分けられるようビームスプリッタ（３２）を備えた第１ビーム分岐機構が配置され、その後ろ側には第２ビーム分岐機構（４０）及び、第３ビーム分岐機構（５０）が配置される。
【００１８】
前記のビームスプリッタ（３２）は、ガラス面に適切なコーティングして光を一定の比率に透過させ、残りは反射させるレンズである。
【００１９】
前記第２ビーム分岐機構（４０）は、第１ビーム分岐機構（３０）で４０％反射されたビームを適切な光経路を有するよう多数のミラー（４２a）で調整した後、これをビームスプリッタ（４２b）を通過させ、５０：５０に分離し、測定対象体（１００）のx-軸上に照射される２個のレーザビーム（P１）（P２）を生じさせる。
【００２０】
又、前記第１ビーム分岐機構（３０）から６０％にして透過されたレーザを受け、前記第２ビーム分岐機構（４０）に交叉するよう配置された第３ビーム分岐機構（５０）は、先に６０％にして透過されたレーザを３３.３％反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に１個のレーザビーム（P３）を照射させるようにするビームスプリッタ（５２a）を具備し、残り６６.７％が透過されたレーザビームを５０：５０に反射及び透過させるビームスプリッタ（５４a）を具備して測定対象体（１００）の原点に１個のレーザビーム（P４）を照射させ、続いて透過されたレーザをミラーで反射させ、測定対象体（１００）の y軸上に最終的に１個のビーム（P５）を照射させるようにするミラー（５２b）を具備する。
【００２１】
さらに、前記第２ビーム分岐機構（４０）と第３ビーム分岐機構（５０）の出側には、測定対象体（１００）の表面におけるパルス間の距離調整用組合レンズ機構（６０）が配置され、測定対象体（１００）との間の距離を適切に調節することにより、各ビーム間の距離（d）を効率的に調節できる。
【００２２】
一方、前記組合レンズ機構（６０）は、図４の a),b)に示したように、凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）の組合体を使うものである。
【００２３】
仮に、図４の a）に示したような一般的な焦点光学レンズ（６２a）、たとえば、凸レンズだけを使う場合、測定対象体（１００）とレンズ（６２a）の距離変化により多数のレーザビーム間の距離（d）だけでなく、照射されたビームの大きさが同時に変わってしまうが、適正レーザビーム間の距離（d）とビームの大きさを決めた後に、図４の a)に示したような大口径焦点レンズ（６２a）だけの使用でも可能である。
【００２４】
ところが、レーザビームの大きさをビームサイズ縮小装置（２０）を通過させ縮小し、レーザビーム間の距離（d）だけを減少させようとする場合、ビームの大きさが変わる大口径焦点レンズ（６２a）ではできないため、図４b）に示したような楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を利用し、ビーム間の距離（d）を調節できる。
【００２５】
前記楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）は、測定対象体（１００）との距離が変わると、レーザビームの大きさを変化させず、レーザビーム間の距離（d）を変化させる事ができるので、図４b）において矢印の垂直の方向へのレーザビーム間の距離（d）は自動で変化することになる。このような構造は極めて簡単でかつ小型の構造であり、レーザビーム間の距離（d）を調整可能である。
【００２６】
したがって、このように凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と、楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）の組合体を使って必要に応じて選択したり、あるいはこれらの組合で使えるものである。
【００２７】
前記組合レンズ機構（６０）は、凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）と、楔形窓（Wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を各々独立的に、或いは同時にz-軸方向に効率的に動かすよう精密モータ（Step motor）(７０)とコントローラ（controller）(７２)を備えた自動レンズ調整器(Automatic lens position controller)(７４)を図１のように備えている。
【００２８】
又、前記パルスYAGレーザ（１０）と、自動レンズ一調整器（７４）をコンピュータ（８０）に繋いでコンピュータモニターの画像プログラム（MMI）画面を通じ、コントロールできるよう電気的に連結する。
【００２９】
前記のように構成された本発明は、５本のレーザを測定対象体（１００）に照射させると、各ビーム（P１）(P２)(P３)(P４)(P５)のレーザ強度により、熱弾性(Thermoelastic)あるいは融発メカニズム(Ablation mechanism)により測定対象体にて超音波が生じる。特にレーザビームが高出力に到達すると、入射レーザにより媒質表面から融発現象が起こり、レーザ誘導プラズマが生じ、その反力で媒質内に超音波が発生されるが、これを測定対象体（１００）の裏面に照射された検知用レーザ、すなわち光干渉計（Interferometer）（１１０）より照射された別のレーザを用いて測定対象体（１００）表面に現れる微小超音波変位を測ることになる。
【００３０】
このため、本発明は、YAGレーザ発生装置（１）の後ろから多数の凹凸レンズ（２２a）(２２b)からなっているビームサイズ縮小装置（Beam reducer set）（２０）が配置され、これを利用し、高出力パルスレーザから放出されるレーザビーム、すなわち本発明のYAGレーザ(１０)から出射される９mm直径のビーム(P0)を測定対象体（１００）からレーザ超音波を生じさせる上で適切なレーザ強度を有するよう変換する。
【００３１】
なお、前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、水晶でできた凹―凸レンズ集合体（quartz lens set of convex and concave）であり、超音波発生用高エネルギレーザビーム(P0)が入ると、そのビームサイズを縮小する。
【００３２】
そして、前記ビームサイズ縮小装置（２０）は、測定対象体（１００）に入射されるレーザ入射ビーム(P１)(P２)(P３)(Ｐ４)(P５)などが、各々レーザ超音波発生時に超音波強度飽和を起こさない範囲での最大レーザ強度を有するよう前記レーザビームのサイズを調節する。このように、サイズが調節されたレーザビーム(P0)は、前記ビームサイズ縮小装置（２０）の後ろ側にある第１ビーム分岐機構（３０）で４０：６０の比率に分離され、その後ろ側に備えた第２ビーム分岐機構（４０）及び第３分岐機構（５０）側に反射及び透過される。
【００３３】
前記第２ビーム分岐機構（４０）では、第１ビーム分岐機構（３０）から４０％反射されたビームが適切な経路を有するようミラー（４２a）で調整した後、これをビームスプリッタ（４２b）から５０：５０と分離させ、測定対象体（１００）のx-軸上に照射される２個のレーザビーム(P１)(P２)を生じさせる。
【００３４】
又、第１ビーム分岐機構（３０）で強度が６０％の透過されたレーザは、前記第２ビーム分岐機構（４０）で交叉するよう第３ビーム分岐機構（５０）で前記６０％のレーザビームを先にビームスプリッタ(５１a)が３３．３％反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に１個のレーザビーム（P３）を照射させるようにし、残り６６．７％の透過されたレーザビームをビームスプリッタ（５４a）で反射及び透過させ、測定対象体（１００）の原点に１個のレーザビーム（P４）を照射させ、終わりに透過されたレーザは、ミラー（５２b）で反射させ、測定対象体（１００）のy-軸上に最終に１個のビーム（P５）を照射するようになる。
【００３５】
このように作られた x,y軸にかかった十字形の５個のレーザビーム(P１)(P２)(P３)(P４)(P５)は、殆ど同時に測定対象体（１００）に照射されるよう各ビームの行路差を最小になるように、前記光学要素等、即ち前記ビーム分岐機構（３０）（４０）（５０）等を配置する。
【００３６】
前記のような方法で、５つの分離されたレーザビーム(P１)(P２)(P３)(P４)(P５)を得た後、測定対象体（１００）に照射させるとき、各ビームの間の距離（d）を効率的にコントロールできるように前記第２ビーム分岐機構（４０）と第３ビーム分岐機構（５０）の出側に備えた前記組合レンズ機構（６０）中の凸レンズの大口径焦点レンズ（６２a）或いは、楔形窓(wedge-type window)の光学レンズ（６２b）の中のいずれか１つを使い、測定対象体（１００）の表面との距離を調整することで、図３に示したような５個のレーザの各ビームの間の距離を効率的に調整する。
【００３７】
この際、前記組合レンズ機構（６０）は、レーザビームの大きさの変化無しにレーザビーム間の距離だけを調整する場合、図４の b)で示したように楔形窓(wedge-type window)の光学レンズ（６２b）だけの使用を本発明は具備するものである。
【００３８】
そして、前記レーザビーム間の距離を変化させる楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ（６２b）を、ｚ-軸方向に効率的に動くよう精密モータ（step motor）（７０）とコントローラ（controller）（７２）で自動レンズ位置調整器（automatic lens position controller）(７４)を構成し、前記 YAGレーザ（１０）と自動レンズ位置調整器（７４）などをすべてコンピュータ（８０）とつなぎ、コンピュータモニターの画像プログラム（MMI）画面を通じて統制できるようにしている。
【００３９】
前述したように、本発明では、凡そ1.6joule/pulseのパルス形レーザビーム（PO）を入力させると、伝送中の損失などが生じて、５個のレーザビーム（P１）（P２）（P３）（P４）（P５）の各ビーム当たり２５０〜３００mJ/pulseが測定対象体（１００）の表面に照射される。すなわち、５個のレーザビーム（P１）（P２）（P３）（P４）（P５）を中央に１個、四方９０°方向で４個配置した十字（＋）形態（cross configuration with point symmetry）の多重レーザビームとして得られる。
【００４０】
このように十字（＋）形態の多重入射（cross configuration of 5 sources）の場合に、レーザソースの中心間の距離（d）を変化させた場合の、発生レーザ超音波の強度変化を図５にグラフで示す。なお、縦軸の単位は単一ビーム照射時の強度を１とした時の相対強度を示す。
【００４１】
図５のように、十字形の多重ビーム入射により生じる超音波（縦波）の強度は、多重レーザビームの入射条件により変わることがわかる。すなわち、レーザビーム間の距離が（d）減少するほど発生超音波の強度が強くなり、周波数が増加するにつれ、ビーム間距離が数mm以内で多重入射による超音波強度増加の効果が表れる。
【００４２】
又、図６は、本発明を活用し、生じさせた多重入射レーザビームの照射状態を示してある。これは、ビームの直径を４．５mmと一定に保った状態で楔形窓（Wedge-type window）の焦点レンズ（６２b）を軸方向に移動させつつ、ビーム間の距離（d）を０、５、１０、１５及び２０mmと調整した結果の実例である。
【００４３】
そして、図７は、ビーム直径を３．０mmと一定に保った状態で楔形窓（Wedge-type window）の焦点レンズ（６２b）を軸方向に移動させつつ、ビーム間の距離（d）を０、４．５、８．５、１３mmと調整した結果の実例である。
【００４４】
このように、本発明は測定対象体（１００）に照射された５個のレーザビームにより測定対象体（１００）から高強度の超音波が生じ、測定対象体（１００）裏面に照射された検知用レーザ、および光干渉計(Interferometer)（１１０）で測定対象体（１００）の表面から現れる超音波変位を測れる。
【００４５】
図８は、本発明により生じさせたレーザ超音波信号を示した結果として、図８の a)のように時間軸平面（time-domain）上の取得信号から分析しようとする部分のピーク信号を高速フーリエ変換(Fast Fourier Transformation)処理して図８のｂ）のような周波数領域(domain)に変換させる。
【００４６】
図９は、レーザビームの直径３．０mmである状態でレーザビーム間の距離(d)を変化させながら、得られたレーザ超音波信号の超音波強度を示した結果の一例を示している。
【００４７】
前記のように本発明は、レーザビームの間に距離があり、別別に近い位置で５個のレーザビームを入射させることにより、各々のレーザビーム照射点で超音波を発生させるようになり、各々発生された超音波が、測定対象体（１００）から伝播される過程で超音波の干渉現象が起こるようになり、これを用いて従来の単一レーザビームによる超音波出力強度より極めて大きい強度の超音波出力の発生が可能になる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、高強度の超音波出力を測定対象体（１００）から得ることができ、超音波探傷検査を非接触で行えるため、高温及び移動体を対象に非破壊検査を容易に遂行できる。即ち、高温の連鋳スラブや圧延中の測定対象体（１００）を対象に高強度の超音波を生じさせ、測定対象体（１００）の内部の欠陥探傷や結晶粒径などの諸物性をオンラインで評価できる。
【００４９】
又、本発明の多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置を利用し、超微細粒鋼のような高付加価値鋼の製造にも活用できる。また、高出力超音波を生じさせ、測定対象体（１００）に入射させることができるので、雑音対信号比(S/N)が高い信号を得て信頼性の高いの結晶粒径測定及び内部欠陥の評価が可能になる。かかる評価結果を圧延或いは、連鋳工程にフィードバックさせると、連鋳スラブ及び圧延製品の品質を画期的に改善させるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置全体構成図。
【図２】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置で、レーザビームの分割部分の構成図。
【図３】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置から得られたレーザビームの軌跡を示した説明図。
【図４】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置に備えた組合レンズの詳細図。
【図５】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置でレーザビームの中心距離変化の際のレーザ超音波強度を示したグラフ図。
【図６】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置により生じさせた多重レーザビームなどの照射形態を示した写真。
【図７】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置において、楔形焦点レンズを利用して調整した多重レーザビームの照射形態を示した写真。
【図８】 a)は、本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置により得られた超音波強度波形を示したグラフ図、b)は、a)図から得られた信号を処理して得た周波数別の振幅の大きさを示したグラフ図。
【図９】本発明による多重ビーム照射によるレーザ超音波の発生装置でビーム間の距離を変化させた場合の超音波強度を示したグラフ図。
【図１０】一般のレーザ照射強度密度による超音波飽和現象を示したグラフである。
【符号の説明】
１０…パルスYAGレーザ
２０…ビームサイズ縮小装置（Beam reducer set）
２２a…凹レンズ
２２b…凸レンズ
３０…第１ビーム分岐機構（Beam splitter module）
３２…ビームスプリッタ
４０…第２ビーム分岐機構（Beam splitter module）
４２a…ミラー（mirror）
４２b…ビームスプリッタ
５０…第３ビーム分岐機構（Beam splitter module）
５２a、５４a…ビームスプリッタ
６０…組合レンズ機構（pulse distance controlling focusing lens）
６２a…大口径焦点レンズ
６２b…楔形窓（wedge-type window）の光学レンズ
７０…精密モータ(step motor)
７２…コントローラ（controller）
７４…自動レンズ位置調整器（automatic lens position controller）
８０…コンピュータ
１００…測定対象体
１１０…光干渉計（interferometer）
P１、P２、P３、P４、P５…レーザビーム
Claims (6)
- 測定対象体（１００）にレーザビームを照射して超音波を生じさせ、光干渉計を利用して超音波による内部検査を非接触で行う材料の非破壊検査を遂行する装置において、レーザビームを生じさせるパルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（ｐｕｌｓｅｄ Ｎｄ−ＹＡＧ ｌａｓｅｒ）（１０）；前記パルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（１０）から出射された１つの高出力レーザビームを複数のレーザビームに分岐する複数のビーム分岐機構と、前記ビーム分岐機構から作られた複数のレーザビームのビーム間距離（ｄ）と各々のレーザビームの照射断面積を調整する大口径焦点レンズ（６２ａ）及び楔形窓焦点レンズ（６２ｂ）からなる組合レンズ機構（６０）とを有し、１本のレービームを多重のレーザビームに分岐して測定対象体（１００）に所定のビーム間距離で照射することにより、高強度の多重パルスレーザ超音波を測定対象体（１００）に生じさせるように構成したことを特徴とする多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。
- 前記パルスＹＡＧレーザの後ろに、凹−凸レンズ集合体（２２ａ）（２２ｂ）からなっているビームサイズ縮小装置（Ｂｅａｍ ｒｅｄｕｃｅｒ ｓｅｔ）（２０）を具備し、ビームサイズを縮小することを特徴とする請求項１記載の多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。
- 前記複数のビーム分岐機構は、前記パルスＮｄ−ＹＡＧレーザ（１０）から出射された１つの高出力レーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームとに分岐する第１ビーム分岐機構（３０）、
前記第１のレーザビームを、測定対象（１００）の超音波発生位置を通るｘ−軸上に照射される第１の複数のレーザビームに分岐する第２ビーム分岐機構（４０）、
及び、前記第２のレーザビームを、測定対象（１００）において前記ｘ−軸と超音波発生位置で十字に交叉するｙ−軸上に照射される第２の複数のレーザビームに分岐する第３ビーム分岐機構（５０）で構成され、
前記第１及び第２の複数のレーザビームを測定対象（１００）に十字（＋）形態に照射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。 - 前記第１ビーム分岐機構（３０）において、レーザビーム（ＰＯ）を４０：６０の比率で前記第１のレーザビームと第２のレーザビームとに分けるビームスプリッタ（３２）を備えたことを特徴とする請求項３記載の多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。
- 前記第２ビーム分岐機構（４０）において、前記第１ビーム分岐機構（３０）で４０％反射された第１のレーザビームを５０：５０の２つのレーザビームに分離させるビームスプリッタ（４２ｂ）と、
前記第１のレーザビームを前記ビームスプリッタ（４２ｂ）へ入射させるためのミラーと、該ビームスプリッタ（４２ｂ）で得られた２つのレーザビームの光経路を調整して、測定対象体（１００）の前記ｘ−軸上に照射される２個のレーザビーム（Ｐ１）（Ｐ２）を生じさせるためのミラー（４２ａ）とを備えることを特徴とする請求項４記載の多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。 - 第３ビーム分岐機構（５０）において、前記第１ビーム分岐機構（３０）から６０％にして透過された前記第２のレーザビームを受け、前記第２ビーム分岐機構（４０）に交叉するよう配置され、前記６０％にして透過された第２のレーザビームを３３．３％反射させ、測定対象体（１００）の前記ｙ−軸上に１つのレーザビーム（Ｐ３）を照射させるようにするビームスプリッタ（５２ａ）を具備し、残り６６．７％ が透過されたレーザビームを５０：５０に反射及び透過させるビームスプリッタ（５４ａ） を具備して測定対象体（１００）の原点に１つのレーザビーム（Ｐ４）を照射させるとともに、続いて透過されたレーザビームを測定対象体（１００）のｙ−軸上に最終的に１つのレーザビーム（Ｐ５）を照射させるミラー（５２ｂ）を更に具備することを特徴とする請求項５記載の多重ビーム照射によるレーザ超音波発生装置。
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