JPS58140637A - 光音響探触装置 - Google Patents

光音響探触装置

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Publication number
JPS58140637A
JPS58140637A JP57022106A JP2210682A JPS58140637A JP S58140637 A JPS58140637 A JP S58140637A JP 57022106 A JP57022106 A JP 57022106A JP 2210682 A JP2210682 A JP 2210682A JP S58140637 A JPS58140637 A JP S58140637A
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JP
Japan
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sample
laser light
light
optical fiber
sample surface
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Pending
Application number
JP57022106A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunihiko Washio
鷲尾 邦彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS58140637A publication Critical patent/JPS58140637A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2418Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザ光により超音波を発生させ。
かつレーザ光によシ超音波を検知するようにした非接触
式の光音響探触装置に関する。
試料に・母ルスレーザ光を照射し、該試料に音響信号を
発生させ、この音響信号を検出することによシ該試料の
特性を測定するという方法は、光音響分光法という名で
知られ、物理、化学、生物。
医学、工学等の幅広い分野で、新しい分光計測法として
用いられている。従来の光音響分光法では音響信号を検
出するのに、マイクロホンやPZTなどの圧電振動子が
用いられていた。しかし、マイクロフォンは応答速度が
遅いため、たかだか数十kHzのオーディオ周波数の検
出にしか適さず、高速応答を必要とする超音波の検出用
としては適さないという欠点がある。一方、 PZT々
どの圧電振動子は、数MH2以上の超音波の検出用とし
て用いることができるが、これは試料の表面に接着させ
て使用しなければならないため、高温物体、腐蝕性物体
、その他汚染を嫌う清浄物体等の測定には用いることが
できないという欠点があった。
このため、最近、超音波の検出にもレーザ光を用いる新
しい光音響探触法が開発され、製造プロセス上における
鉄鋼等の探傷等に応用されるようになった。例えば、特
開昭56−53457号公報の「レーザー光による超音
波の発受信法」では、試料の一面に大出力のパルスレー
ザ光を照射して該試料にパルス状の超音波を発生させ、
該超音波が該試料内部を伝播し、試料他面に到達すると
き該試料他面に生ずる機械的変位を、該試料他面に計測
用レーザ光を照射することによシ検出するようにした非
接触式の超音波受信法について記載している。しかし、
この方法では、試料をはさんで両側に・ぐルスレーザ光
照射光学系と計測用レーザ光照射光学系とを配置しなけ
ればならず、液体試料等、測定目的によっては測定が非
常に困難となるほか、配置上に制約が生じて不便である
という欠点があった。
この発明の目的は上述した欠点を除去し、試料の任意の
位置から探触でき、かつフレキシブルに探触できるよう
にした光音響探触装置を提供することにある。
この発明によれば、試料の表面にノEルスレーザ光を照
射して該試料に・ぐルス状の超音−波を発生させ、該試
料表面に診断用レーザ光を照射することによシ前記超音
波が前記試料を伝播するときの前記試料表面に生ずる機
械的変位を検出する光音響探触装置に於て、前記・母ル
スレーザ光を伝送する第1の光ファイバと、前記診断用
レーザ光及び該診断用レーザ光の前記試料表面からの反
射による戻り光を伝送する第2の光ファイバと、前記第
1の光ファイバからの前記・ぐルスレーザ光を前記試料
表面の一点に照射し、又前記第2の光ファイバからの前
記診断用レーザ光を前記試料表面の他の点に照射するた
めの集光レンズ系と、前記戻シ光に重畳された前記機械
的変位に対応する光信号を検出する光検出手段とを有す
ることを特徴とする光音響探触装置が得られる。
以上この発明について図面を参照して詳細に説明する。
第1図は、この発明の一実施例の構成をブロック図によ
シ示したものである。図において、1は大出力の・母ル
スレーザ光源であシ、この実施例ではパルス幅約20n
s、出力100 mJのQスイッチYAGレーザを使用
している。この大出力の74ルスレーザ光源からの出力
光は第1のビームスグリツタ2を用いてその一部を第1
の光検出器3で受光し、ノ9ルスレーザ光源1からの出
射のタイミングを検出している。第1のビームスシリツ
タ2を透過したパルスレーザ光は第1の結合レンズ4を
介して第1の光ファイバ6に導入され、第1の光ファイ
バ6を伝搬して出射した光は集光レンズ系7を介して試
料表面8上の一地点Pを照射する。第1の光ファイバ6
にはコア径100μmのマルチモードファイバを用い、
十分高出力な光・ぐルスが伝送できるようにしている。
一方、9は連続発振高安定度の診断用レーザ光源であシ
、この実施例では直線偏光単一発振モードのHe−Ne
レーザを用いている。診断用レーザ光源9からの出射光
は第2のビームスシリツタ10と第2の結合レンズ11
を介して第2の光ファイバ12に導入され、この第2の
光ファイバ12を伝搬して出射した光は集光レンズ系7
を介して試料表面8上の前記パルスレーザ光の照射地点
Pとは異なる他の一地点Qを照射する。この実施例では
第2の光ファイバ12には偏光保存単一モード光ファイ
バを用いている。
また、この実施例では、・母ルスレーザ光と診断用レー
ザ光のうち少なくとも一方は1個のレンズからなる集光
レンズ系7の光軸からずらされるようにして集光レンズ
系7に入射されるようにしているため、パルスレーザ光
と診断用レーザ光は試料表面8上のそれぞれ相異なる地
点P、Qを照射できるようになっている。光速度に比べ
て超音波の速度ははるかに遅いために、該・ぐルスレー
ザ光を照射することによって照射地点Pで発生した超音
波が、該診断用レーザ光の照射地点Qまで到達するには
若干の遅延時間が生じる。この伝搬遅延時間は試料媒質
の音速度に依存し、該音速度は試料の温度や試料の種類
等に依存するので、PQの間隔を一定に保った場合、こ
の伝搬遅延時間の変化から該試料の特性の変化を検出す
ることができる。
・にルスレーザ光の照射によシ発生した超音波が地点Q
を通過するときには地点Qに機械的変位を生じる。この
ため、地点Qで反射して再び第2の光ファイバ12に結
合される診断用レーザ光の戻り光は、その位相および振
幅に関し瞬間的に変調されている。このため、この変調
された戻り光を検出することによシ、該試料面8上の地
点Qに生じた機械的変位を検出することができる。一般
にこの機械的変位は数μm以下であるため、振幅変調に
よる強度変化はそれほど大きくない。このため。
ヘテロダイン方式によシ位相変化を検出する方が高感度
に機械的変位を検出できる。
第2の光ファイバ12を出射した戻シ光は第2のビーム
スシリツタ10で一部反射し光検出部20に導かれる。
この際、第2のビームスノリツタ10で分岐され2反射
鏡13で反射された診断用レーザ光源9からの光と第2
の光ファイバ12を出射した戻シ光とは第2のビームス
プリッタ10上で平行ビームとなるように合成されてい
る。
該合成された平行ビームは、高速の光偏向器21を介し
て第2の光検出器22で受光され、これによシ、該試料
表面8..からの戻シ光が受けた変調をホモダイン方式
によシ検出される。検出された電気信号は信号処理系2
3に導かれ解析される。
ところで、・クルスレーザ光源1から出射されるパルス
レーザ光は非常に強力なため、集光レンズ系7や試料表
面8で生じた散乱光が、第2の光ファイバ12に迷光と
して結合され、第2の光検出器22の動作を不安定にす
る恐れがある。このため、この実施例では、該・ぞルス
レーザ光の戻シ光が強く受光されるのを阻止するために
光偏向器21を用いてマスキングを行なわせている。す
なわち。
第1の光検出器3で該・母ルスレーザ光の出射時刻が検
出されると、タイマー24が作動し、所望の待ち時間が
経過したのちに光偏向器コントローラ25を作動して光
偏向器22のマスキングを解除するようにし、該・やル
スレーザ光の戻シ光よりも後に第2の光検出部20に到
達する所望の時間帯の信号光を選択的に検出するように
している。
第2の光ファイバ12と第1の光ファイバ6はフレキシ
ブルであるため、集光レンズ系7からなる探触子を試料
表面8上の任意の位置に自由に移動させて測定すること
ができる。また、第2の光ファイバ12と第1の光ファ
イバ6とを束ねることもできるので2重げらないで光を
伝送させることができる。
マスキングに用いる光偏向器21として超高速のスイッ
チング時間を有するものを用いれば、試料表面8上の2
地点PQの間隔を敷部以下まで狭めることができるので
、非常に軽量でコン・ぞクトな探触子を構成することが
でき、極めて狭い場所での光音響法による測定ができる
ようになる。これによシ2例えば内視鏡と組み合わせる
ことにより、胃や食道等の人体の診断などにも応用でき
るようになる。また、試料ないしは探触子を走査するこ
とにより、走査顕微鏡として用いるようにすることもで
きる。
なお、この発明は、上述の実施−゛に見られる構成のみ
に限定されることなく、いくつかの変形が考えられる。
例えば、試料表面における機械的変位が十分に大きい場
合には、ヘテロダイン検出をしないで直接検波によシ信
号を検出することもできる。また、・母ルスレーザ光源
1として2色素レーサヤノクラメトリックレーザのよう
な波長可変の・ぞルスレーザを用いれば、該試料の吸収
特性の波長依存性などのスペクトル測定を行なうことが
できるようになる。更に、21の光偏向器を漏洩してき
た該パルスレーザ光の照射地点Pからの戻シ光を検出し
、これをトリが一信号として該診断用レーザ光の照射地
点Qからの戻シ光の時間変化を検出し、これより地点P
Q間の超音波の伝搬遅延時間を測定するようにすること
もできる。
上記の実施例では集光レンズ系として1個のレンズを使
用しているが、ファイバごとに1個ずつ設けてもよいの
は勿論である。その場合、試料4の任意の位置から探触
することが出来る。
以上の説明で明らかなように1本発明によれば。
試料の任意の位置から探触でき、かつフレキシブルに探
触できるようにした光音響探触装置が得られる。また、
超音波の発生地点と超音波の検出地点との間隔を任意に
近づけることができるので。
超音波の減衰の比較的大きな物体についても、光音響的
な緒特性を測定することができるという効果がある。
以下余日
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明による一実施例の構成例を示すブロ
ックダイヤグラムである。 記号の説明=1はパルスレーザ光源、2は第1のビーム
スシリツタ、3は第1の光検出器、4は第1の結合レン
ズ、6は第1の光ファイノぐ、7は集光レンズ系、8は
試料表面、9は診断用レーザ光源、10は第2のビーム
スシリツタ、11は第2の結合レンズ、12は第2の光
ファイ・マ、13は反射鏡、20は光検出部、21は光
偏向器。 22は第2の光検出器、23は信号処理系、24はタイ
マー、25は光偏向器コントローラをそれぞれあられし
ている。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 試料の表面にパルスレーザ光を照射して該試料に
    パルス状の超音波を発生させ、該試料表面に診断用レー
    ザ光を照射することにより、前記超音波が前記試料を伝
    播するときの前記試料表面に生ずる機械的変位を検出す
    る光音響探触装置に於て、前記A?ルスレーザ光を伝送
    する第1の光ファイバと、前記診断用レーザ光及び該診
    断用レーザ光の前記試料表面からの反射による戻シ光を
    伝送する第2の光ファイバと、前記第1の光ファイ・々
    からの前記パルスレーザ光を前記試料表面の一点に照射
    し、又前記第2の光ファイバからの前記診断用レーザ光
    を前記試料表面の他の点に照射するための集光レンズ系
    と、前記戻シ光に重畳された前記機械的変位に対応する
    光信号を検出する光検出手段とを有することを特徴とす
    る光音響探触装置。 2、 前記集光レンズ系は1個のレンズで構成されてお
    シ、該パルスレーザ光と該診断用レーザ光の少なくとも
    一方は該集光レンズ系の光軸からずらされて該集光レン
    ズ系に入射されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の光音響探触装置。 3、 前記光検出手段は該試料表面等からの該・ぐルス
    レーザ光の反射による戻シ光が該第2の光ファイバを介
    して受光されるのを阻止するためのマスキング回路を具
    備していることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載の光音響探触装置。
JP57022106A 1982-02-16 1982-02-16 光音響探触装置 Pending JPS58140637A (ja)

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JP57022106A JPS58140637A (ja) 1982-02-16 1982-02-16 光音響探触装置

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JP57022106A JPS58140637A (ja) 1982-02-16 1982-02-16 光音響探触装置

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JPS58140637A true JPS58140637A (ja) 1983-08-20

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JP (1) JPS58140637A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0271147A (ja) * 1988-04-29 1990-03-09 American Teleph & Telegr Co <Att> 非破壊検査方法及び装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0271147A (ja) * 1988-04-29 1990-03-09 American Teleph & Telegr Co <Att> 非破壊検査方法及び装置

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