JPH0827264B2 - マルチ変調周波数による光音響撮像方法 - Google Patents

マルチ変調周波数による光音響撮像方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体の表面から任意の深さ部分の映像を非
破壊的に観察するためのマルチ変調周波数による光音響
撮像方法に関するものである。
［従来の技術］ 物体に変調光を投射すると、断続的にその物体に吸収
された光が熱に変換され、それに伴う熱歪により音が発
生する。この音を信号として抽出することにより得られ
る光音響信号は、物体の光の吸収率、物体内における熱
の伝導速度、あるいはその他の各種物性によって変るた
め、この光音響効果を利用することにより、物体の内部
を非破壊的に観察することが可能になる。
このような光音響効果を利用した顕微鏡は、非音響顕
微鏡として従来から広く知られており、可視光では見え
ない製品内部の非破壊検査等に有効に利用されている。
この光音響顕微鏡における分解能は、変調光が投射さ
れる２次元面の方向では投射光のスポット径に依存し、
投射面の深さ方向には、変調光の一周期の間に熱が物体
内を伝わる距離、即ち熱拡散長に依存する。従って、変
調周波数を高くすると、熱拡散長が短くなり、第2A図に
示すように、変調光１を投射した物体２の表面に近い部
分3aから光音響信号が発生して、その部分を観察するこ
とができるが、信号発生部分から外れた位置にある欠陥
部分４を観察することはできない。一方、変調周波数を
低くすると、熱拡散長が長くなり、第２図Ｂに示すよう
に、物体２の深くまで達する広い部分3bにおいて光音響
信号が発生するため、欠陥部分４を含む広い範囲を観察
することができるが、観察の必要がない部分（物体の表
面側の浅い部分）からの光音響信号が雑音となって、そ
の影響を大きく受け、鮮明な映像を得ることができな
い。
しかしながら、対象物体に応じた適当な変調周波数を
選定して使用しているのが実情である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、光音響顕微鏡における変調光
の周波数を変えることにより、光音響信号の発生部分が
変化することに着目し、簡単な手段により、物体表面か
ら任意の深さの部分の鮮明な映像を非破壊的に観察でき
るようにした光音響撮像方法を得ることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の光音響撮像方法
は、対象物体に変調光を２軸ビームスキャナで振らせな
がら照射し、物体の熱歪により発生する音を音響センサ
で２次元平面的な光音響信号のデータとして検出、増幅
して、映像化するに際し、変調光に２種の変調周波数を
用い、観察しようとする深さの範囲が両変調周波数によ
って決まる深さの間に存在するようにそれら両変調周波
数を設定して、それらの変調光を照射したときの光音響
信号を音響センサで検出し、それらの光音響信号の強度
比または位相差に基づいて、物体表面からの上記深さの
範囲の映像を得ることを特徴とするものである。
［作用］ 光音響効果を利用した物体内部の映像化に際し、変調
光に、観察しようとする深さの範囲を決める２種の変調
周波数を用いて、音響センサでそれらの変調光を照射し
たときの光音響信号を２次元平面的なデータとして検出
し、これらの光音響信号における強度信号の強度比また
は位相信号の位相差に基づいて、従来から知られている
周知の手段で物体内部の２次元的な映像化を行うと、不
要部分の光音響信号の影響を排除して、それらの変調周
波数によって決まる深さ範囲の鮮明な映像を得ることが
できる。
［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の方法及びそれを実施す
る装置について詳述する。
第１図は、本発明を実施する装置の一例を示してい
る。この光音響映像装置においては、まず、He-Neレー
ザーからのレーザービームが変調器に入力され、この変
調器から変調光として出力される。光源としては、上記
レーザーばかりでなく、任意の光源を用いることができ
る。また、上記変調器は、変調周波数を任意に設定可能
にすると共に、その変調周波数を適宜変更可能にしたも
のである。
上記変調光は、レンズ等の光学系によって小径の平行
光に絞り、次いで、観察対象物体上における所要面積に
対して照射するため、２軸ビームスキャナで振らせなが
ら、それを測定対象物体に投射する。
このようにして変調光を対象物体に投射すると、光音
響効果により得られる音、即ち、断続的にその物体に吸
収された光が熱に変換され、それに伴う熱歪によって発
生する音が、対象物体の背後に配置した音響センサで２
次元平面的な光音響信号のデータとして検出される。
この音響センサにより得られた光音響信号を用い、物
体の内部を非破壊的に観察可能にするため、その光音響
信号は、プリアンプで増幅した後、ロックインアンプに
おいて、変調器から送られてくる変調させた信号と同期
させ、それにより強度信号と位相信号を出力させる。さ
らに、これらの信号は映像表示用のコンピュータに取り
込み、必要な計算処理を行ったうえで、２次元的に映像
化される。この映像化自体は、従来から一般的に利用さ
れている任意手段によって容易に行うことができる。
この映像化に際し、変調光には２種の変調周波数を使
用する。この変調周波数は、それを高くすると、熱拡散
長が短くなり、第２図Ａによって前述したように、対象
物体の表面に近い部分から光音響信号が発生し、一方、
変調周波数を低くすると、熱拡散長が長くなり、第２図
Ｂによって説明したように、物体の深くまで達する広い
部分において光音響信号が発生する。この深さｄは、変
調周波数ｆによって決まるものであり、材料の密度を
ρ、比熱をＣ、熱伝導率をｋとすると、 と表される。
従って、２種の変調周波数を適切に設定し、観察しよ
うとする深さの範囲が両変調周波数によって決まる深さ
の間に存在するようにして、それらの変調周波数を用い
たときの光音響信号の差をとることにより、観察の必要
がない部分からの光音響信号の影響を排除し、鮮明な映
像を得ることが可能になる。両変調周波数の差を小さく
すれば、それらによって決まる微小な深さ範囲の映像を
より鮮明に観察でき、また、高い方の変調周波数を観察
の必要のない部分が排除できるような周波数に設定した
うえで両変調周波数の差を大きくすれば比較的広い深さ
範囲の映像を得ることができる。
上記コンピュータにおける計算処理は、このような光
音響信号の差をとるためのもので、コンピュータに取り
込まれる強度信号を利用する場合にはその強度比を求
め、また位相信号を利用する場合にはその位相差を求
め、それに基づいて物体内部の映像化が行われる。その
結果、不要部分の光音響信号の影響を排除し、上記変調
周波数によって決まる深さ範囲の鮮明な映像を得ること
ができる。
本発明者らが、第１図の装置を用いて実験を行い、プ
レスにより圧着した２枚の銅板の界面を観察したとこ
ろ、従来の方法では非常に不鮮明な映像しか得られなか
ったが、本発明の方法により極めて鮮明な映像が得られ
ることを確認することができた。
［発明の効果］ 以上に詳述したところから明らかなように、本発明に
よれば、光音響効果を利用した物体内部の映像化に際
し、従来は単一の変調周波数でのみ映像を得ていたのに
対して、単に２種の変調周波数を用いるという簡単な手
段により、雑音の影響を低減でき、また、物体表面から
深さ方向に観察面を移動させて、任意の深さの映像を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法の実施に用いる光音響映像装置の
ブロック構成図、第２図A,Bは光音響効果に関する説明
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】対象物体に変調光を２軸ビームスキャナで
    振らせながら照射し、物体の熱歪により発生する音を音
    響センサで２次元平面的な光音響信号のデータとして検
    出、増幅して、映像化するに際し、 変調光に２種の変調周波数を用い、観察しようとする深
    さの範囲が両変調周波数によって決まる深さの間に存在
    するようにそれら両変調周波数を設定して、それらの変
    調光を照射したときの光音響信号を音響センサで検出
    し、それらの光音響信号の強度比または位相差に基づい
    て、物体表面からの上記深さの範囲の映像を得る、 ことを特徴とするマルチ変調周波数による光音響撮像方
    法。
JP63236899A 1988-09-21 1988-09-21 マルチ変調周波数による光音響撮像方法 Expired - Lifetime JPH0827264B2 (ja)

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