WO2023053765A1 - 加振装置、検査システム、及び加振方法 - Google Patents

加振装置、検査システム、及び加振方法 Download PDF

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WO2023053765A1
WO2023053765A1 PCT/JP2022/031309 JP2022031309W WO2023053765A1 WO 2023053765 A1 WO2023053765 A1 WO 2023053765A1 JP 2022031309 W JP2022031309 W JP 2022031309W WO 2023053765 A1 WO2023053765 A1 WO 2023053765A1
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WO
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laser
lens
vibration
shock
light source
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Application number
PCT/JP2022/031309
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English (en)
French (fr)
Inventor
将元 錦野
俊幸 北村
Original Assignee
国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating 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
    • G01N29/04—Analysing solids

Definitions

  • the present invention relates to a vibrating device and a vibrating method.
  • the present invention also relates to an inspection system equipped with a vibrating device.
  • Laser hammering inspection is known as a non-contact and non-destructive inspection method for detecting defects inside structures such as road tunnels.
  • the laser hammering test is a method that replaces the hammering test using a hammer.
  • a pulsed laser beam is applied to a target such as the wall surface of a tunnel to cause laser ablation on the surface of the target.
  • the target is excited by the reaction of its laser ablation.
  • scars of ablation remain on the surface of the target.
  • a laser induced plasma (LIP) shock wave method is known as an excitation method that uses a laser and does not damage the target (see Patent Document 1).
  • LIP shock wave method a space near the target is irradiated with pulsed laser light. This causes a laser induced breakdown (LIB) in the space near the target.
  • LIB laser induced breakdown
  • a LIP shock wave is a shock wave caused by LIP.
  • a target is excited using a LIP shock wave.
  • the excitation power obtained by the LIP shock wave method is smaller than the excitation power obtained by the laser ablation method.
  • the present invention has been made in view of this problem, and its object is to improve the efficiency of vibrating a target more than conventionally in a technique of vibrating a target using LIP shock waves.
  • a vibrating device includes a condenser lens, one end of an internal space is sealed by the condenser lens, and the other end of the internal space is sealed by the condenser lens.
  • an open-ended shock tube to which a laser is fed through said condenser lens and which outputs a laser-induced plasma shock wave from said other end.
  • the condenser lens is configured to converge the laser in the internal space of the shock tube.
  • an inspection system is a vibration apparatus according to any one of the above-described first to third aspects, wherein the laser-induced plasma shock wave and a vibration measurement device for measuring vibration on the surface of the target.
  • a vibration excitation method in order to solve the above problems, one end of an internal space is sealed by the condenser lens, and the other end of the internal space is open.
  • the excitation method includes a first step of irradiating the condenser lens with a laser, a second step of generating a laser-induced plasma shock wave by condensing the laser in an internal space of the shock tube, and and a third step of outputting the laser-induced plasma shock wave from the end of the.
  • the efficiency of vibrating the target can be increased more than in the past.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vibrating device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2A is a vertical cross-sectional view of a shock tube and a condenser lens included in the vibrator shown in FIG. 1
  • FIG. (b) is a plan view of the shock tube shown in (a), and is a plan view obtained by planarly viewing one end of the shock tube.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a modified example of the vibrating device shown in FIG. 1
  • 2 is a flowchart of a vibration excitation method performed by the vibration excitation device shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a block diagram of an inspection system according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing vibration excitation methods of a first comparative example, a second comparative example, and first to third examples of the present invention
  • (a) and (b) are graphs showing the time dependence of the vibration intensity obtained by the vibration excitation methods of the first comparative example and the second comparative example, respectively.
  • 4(a) to 4(c) are graphs showing the time dependence of the vibration intensity obtained by the vibration excitation methods of the first to third examples of the present invention, respectively.
  • (a) to (c) are graphs showing the time dependence of the vibration intensity obtained by the vibration excitation methods of the fourth to sixth examples of the present invention, respectively.
  • (a) and (b) are graphs showing power spectra of vibrations obtained by vibration excitation methods of a first comparative example and a second comparative example, respectively.
  • 4(a) to 4(c) are graphs showing power spectra of vibrations obtained by the vibration excitation methods of the first to third examples of the present invention, respectively.
  • (a) to (c) are graphs showing power spectra of vibrations obtained by vibration excitation methods of fourth to sixth examples of the present invention, respectively.
  • 5 is a graph showing intensity ratios of fundamental vibration modes in power spectra of vibrations obtained by the vibration excitation methods of the first comparative example, the second comparative example, and the first to sixth examples of the present invention.
  • 7 is a graph showing the time dependence of the impact pressure of the vibrations obtained by the vibration excitation methods of the second comparative example and the first to sixth examples of the present invention. 7 is a graph showing the peak intensity of the impact pressure of the vibrations obtained by the vibration excitation methods of the second comparative example and the first to sixth examples of the present invention. 5 is an image showing the surface of a tile subjected to the vibration excitation methods of the first comparative example, the second comparative example, and the first to third examples of the present invention;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the vibrating device 10.
  • the longitudinal section means a cross section seen when the shock tube 11 provided in the vibrating device 10 is axially cut along the central axis of the shock tube 11 .
  • a cross section perpendicular to the central axis of the shock tube 11 is called a cross section.
  • FIG. 2(a) is a longitudinal sectional view of the shock tube 11 and the condenser lens 12 provided in the vibrator 10.
  • FIG. (b) of FIG. 2 is a plan view obtained by planarly viewing the condenser lens 12 . 2B, the condenser lens 12 is viewed from a direction parallel to the central axis of the shock tube 11.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the vibrating device 10.
  • the longitudinal section means a cross section seen when the shock tube 11 provided in the vibrating device 10 is axially cut along the central axis of the shock tube 11 .
  • the vibrating device 10 includes a shock wave tube 11, a condenser lens 12, a laser light source 13, a laser light introduction tube C13 including an optical fiber, a collimating lens 14, and a lens holder 15. , is equipped with
  • the shock tube 11 includes a lens holder 111, an adapter 112, a main pipe 113, and an absorption treatment layer 114. As shown in FIG.
  • the lens holder 111 is a cylindrical member having a hollow internal space including a central axis.
  • the inner diameter of the lens holder 111 is 25 mm.
  • the inner diameter of the lens holder 111 can be appropriately determined according to the diameter of the condensing lens 12, which will be described later.
  • the adapter 112 is a member for reducing the inner diameter of the lens holder 111 according to the outer diameter of the main pipe 113 described later.
  • the adapter 112 is a disk-shaped member having a circular outline when viewed from above on its main surface. A circular hole is formed in the center of the adapter 112 so as to be concentric with the contour.
  • the adapter 112 is provided in one of the openings formed in each of the pair of bottom surfaces of the lens holder 111 (the opening on the right in FIGS. 1 and 2A).
  • the adapter 112 functions as a connection member for connecting the main tube 113 to the lens holder 111. As shown in FIG.
  • the outer diameter of the adapter 112 corresponds to the inner diameter of the lens holder 111 and is 25 mm in this embodiment. Therefore, the outer surface of the adapter 112 fits into the inner surface of the lens holder 111 .
  • the lens holder 111 has a female thread and the adapter 112 has a male thread at a portion where the lens holder 111 and the adapter 112 are fitted. there is According to this configuration, the adapter 112 and main pipe 113 can be replaced as needed.
  • the inner diameter of the adapter 112 is 13 mm in this embodiment.
  • the inner diameter of the adapter 112 can be appropriately determined according to the outer diameter of the main pipe 113 .
  • the main pipe 113 is a cylindrical member having a hollow interior space including a central axis.
  • the outer diameter and inner diameter ⁇ of the main pipe 113 are 13 mm and 11 mm, respectively. That is, the thickness of the side wall of main pipe 113 is 1 mm.
  • the outer surface of the main pipe 113 fits into the inner surface of the adapter 112.
  • the adapter 112 has a female thread and the main tube 113 has a male thread at the portion where the adapter 112 and the main pipe 113 are fitted. According to this configuration, the adapter 112 and the main pipe 113 can be exchanged as needed, so the inner diameter ⁇ of the main pipe 113 can be changed as appropriate.
  • the inner diameter ⁇ of the main pipe 113 is not limited to 11 mm, and can be determined as appropriate. In each embodiment of the present invention described later, the inner diameter ⁇ of the main pipe 113 is 25 mm, 15 mm, 9 mm, 8 mm, and 6 mm in addition to 11 mm. When the inner diameter ⁇ of the main tube 113 is 25 mm, the adapter 112 may be omitted and the main tube 113 may be directly connected to the lens holder 111 . Further, in this embodiment, the main pipe 113 having a uniform inner diameter ⁇ is adopted. However, the inner diameter ⁇ of the main pipe 113 may not be uniform.
  • the inner diameter ⁇ of the main pipe 113 may be enlarged as the distance from the end of the main pipe 113 on the side of the condenser lens 12 increases.
  • the inner wall surface of the main pipe 113 is formed in a tapered shape having a linear gradient, or the inner wall surface of the main pipe 113 is formed with a curved surface so that at least the inner diameter of the main pipe 113
  • a configuration example in which a portion (inner wall portion) expands in a trumpet shape can be mentioned.
  • each of the lens holder 111, the adapter 112, and the main pipe 113 is made of aluminum alloy.
  • the material constituting each of the lens holder 111, the adapter 112, and the main tube 113 may be metal other than aluminum alloy (for example, stainless steel or copper), resin, or ceramics. may be
  • the inner wall 1131 of the main pipe 113 is composed of a smooth curved surface without steps. Therefore, in the present embodiment, at least the inner wall of the second section S2 from the condensing point Pf to the end portion 11a2 of the internal space 11a is formed of a smooth curved surface without steps (( a) see). Further, in the present embodiment, since the end of the main pipe 113 on the side of the condenser lens 12 is separated from the exit surface of the condenser lens 12, the diameter of the internal space 11a is discontinuous in the middle of the first section S1. is occurring. However, the end portion of the main tube 113 on the side of the condenser lens 12 may be configured to abut against the exit surface of the condenser lens 12 .
  • the diameter of the internal space 11a is equal to the inner diameter ⁇ even in the first section S1. Therefore, according to this configuration, the inner wall surrounding the internal space 11a can be configured with a smooth curved surface throughout the entire section Sa. Note that the condensing point Pf, the first section S1, the second section S2, and the entire section Sa will be described later in the section on the condenser lens.
  • the inner wall 1131 of the main pipe 113 is provided with a light absorption treatment layer 114 such as a black alumite layer formed by alumite treatment (see FIG. 2(a)).
  • the absorption treatment layer 114 is an example of an absorption section. It should be noted that the section of the side wall surrounding the internal space 11a where the absorption layer 114 is formed is preferably at least the second section S2 from the condensing point Pf to the end portion 11a2, and is the entire section of the main pipe 113. is more preferable. Further, in addition to the inner wall 1131 of the main pipe 113, it is more preferable that the inner wall of the lens holder 111 is also formed with a light absorption treatment layer such as a black alumite layer.
  • the shock tube 11 includes the lens holder 111 and the main tube 113 that are connected to each other via the adapter 112. Therefore, the internal space 11a of the shock tube 11 is divided into a section with a relatively large inner diameter laterally surrounded by the lens holder 111 and a section with a relatively narrow inner diameter laterally surrounded by the main pipe 113. can be dichotomy.
  • An end portion 11a1 which is one of the pair of end portions of the internal space 11a, is sealed by a condensing lens 12, which will be described later.
  • the end portion 11a2 which is the other end portion of the pair of end portions of the internal space 11a, is open because the end portion of the main pipe 113 is left open.
  • the shock tube 11 is configured by assembling a lens holder 111, an adapter 112, and a main tube 113, which are separate members.
  • the lens holder 111, the adapter 112, and the main tube 113 can be configured by one integrally molded member, or the lens holder 111 and the adapter 112 can be configured by one integrally molded member.
  • the adapter 112 and the main pipe 113 can be configured as one integrally molded member.
  • the condenser lens 12 is a lens that converges incident collimated light to a focal point by converting it into convergent light.
  • a plano-convex aspheric lens having a focal length FL of 20 mm is used as the condenser lens 12 .
  • the condenser lens 12 has an outer diameter of 25 mm, corresponding to the inner diameter of the lens holder 111 .
  • the condensing lens 12 is fixed to the inner wall of the lens holder 111 with the end portion 11a1, which is one end portion of the internal space 11a of the shock tube 11, sealed.
  • the method for fixing the condenser lens 12 to the inner wall of the lens holder 111 is not limited and can be selected as appropriate.
  • the optical axis of the condensing lens 12 preferably substantially coincides with the central axis of the shock tube 11, and more preferably coincides with it. In this embodiment, the optical axis of the condenser lens 12 and the central axis of the shock tube 11 are aligned.
  • the condenser lens 12 when the laser L (see FIG. 1) is incident on the incident surface located on the opposite side of the internal space 11a, the condenser lens 12 produces a L is collected in the internal space 11a.
  • the condensing point Pf where the laser L is condensed is the focal point of the condenser lens 12. match.
  • the position of the condenser lens 12 in the lens holder 111 is determined so that the condensing point Pf is located in the section of the internal space 11a that is laterally surrounded by the main pipe 113 ( (see FIG. 2(a)).
  • the section from one end 11a1 to the condensing point Pf of the internal space 11a is referred to as a first section S1
  • the section from the condensing point Pf to the other end 11a2 is referred to as a second section S2.
  • the section from the ends 11a1 to 11a2 is called the entire section Sa.
  • the laser light source 13 emits a pulsed laser L.
  • the laser light source 13 is a pulse laser.
  • a microchip pulse laser light source using YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) as a laser crystal is used as the laser light source 13 .
  • the laser light source 13 performs laser oscillation by realizing population inversion using excitation light supplied to the laser crystal using an optical fiber provided in the introduction tube C13.
  • the laser light source 13 emits a pulsed laser L with a wavelength of 1064 nm.
  • the wavelength of the laser L emitted by the laser light source 13 is not limited to 1064 nm, and can be selected as appropriate. That is, the laser light source 13 is not limited to a YAG laser. 1, illustration of the internal structure of the laser light source 13 is omitted.
  • the vibrating device 10 can be miniaturized by adopting the microchip laser light source as the laser light source.
  • a stationary laser light source may be employed as the laser light source.
  • a stationary laser light source is used as the laser light source.
  • the power of laser light obtained from a microchip laser light source is, for example, in the range of 10 to 20 mJ.
  • the power of the laser light obtained from the pulse laser light source is not limited to this.
  • the pulsed laser light source is not limited to the microchip laser light source but includes a stationary pulsed laser light source
  • the power of the obtained laser light can be appropriately selected, for example, within the range of 5 mJ or more and 200 mJ or less.
  • the lens holder 15 is a cylindrical member having a hollow internal space including a central axis.
  • the inner diameter of the lens holder 15 is 25 mm.
  • the inner diameter of the lens holder 15 can be appropriately determined according to the diameter of the collimating lens 14, which will be described later.
  • the lens holder 15 is fixed with respect to the laser light source 13.
  • the central axis of the lens holder 15 preferably substantially coincides with the optical axis of the laser light source 13, and more preferably coincides with it.
  • the central axis of the lens holder 15 and the optical axis of the laser light source 13 are aligned.
  • the lens holder 15 is fixed to the laser light source 13 using a plurality of bolts (not shown in FIG. 1).
  • the means for fixing the lens holder 15 to the laser light source 13 is not limited and can be determined as appropriate.
  • the end on the side opposite to the laser light source 13 is connected to the end on the condenser lens 12 side of the pair of ends of the shock wave tube 11.
  • the end of the shock tube 11 on the side of the condenser lens 12 is fitted into the opening provided at the end of the lens holder 15 opposite to the laser light source 13 , thereby removing the shock tube 11 . It is connected to the lens holder 15 .
  • the means for fixing the shock tube 11 to the lens holder 15 is not limited and can be determined as appropriate.
  • the central axis of the shock tube 11 preferably substantially coincides with the central axis of the lens holder 15, and more preferably coincides with it. In this embodiment, the central axis of the lens holder 15 and the central axis of the shock tube 11 are aligned.
  • the lens holder 15 is made of aluminum alloy.
  • the material constituting the lens holder 15 may be metal other than aluminum alloy (for example, stainless steel, copper, etc.), resin, or ceramics.
  • the collimating lens 14 is a lens that converts diffused light emitted from the laser light source 13 and incident on the collimating lens 14 into collimated light.
  • the collimator lens 14 is an example of an optical system that couples the laser L to the condenser lens 12 .
  • a plano-convex aspherical lens with a focal length FL of 20 mm is used as the collimating lens 14 .
  • the collimator lens 14 is configured similarly to the condensing lens 12 .
  • the outer diameter of the collimating lens 14 is 25 mm, corresponding to the inner diameter of the lens holder 15. Collimator lens 14 is fixed to the inner wall of lens holder 15 .
  • the method for fixing the collimating lens 14 to the inner wall of the lens holder 15 is not limited and can be selected as appropriate.
  • the optical axis of the collimator lens 14 substantially coincides with the central axis of the lens holder 15, and more preferably that it coincides.
  • the optical axis of the collimating lens 14 and the central axis of the lens holder 15 are aligned. Therefore, in this embodiment, the optical axis of the laser light source 13 and the optical axis of the collimating lens 14 are aligned.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the vibrating device 20. As shown in FIG.
  • the vibrating device 20 includes a shock wave tube 21, a condenser lens 22, a laser light source 23, a collimator lens 24, a lens holder 25, an optical fiber 26, a block 27, and an adapter 28.
  • Shock tube 21, condenser lens 22, laser light source 23, collimator lens 24, and lens holder 25 are attached to shock tube 11, condenser lens 12, laser light source 13, collimator lens 14, and lens holder 15, respectively.
  • the optical fiber 26 and the block 27 are members that are used as the laser light source 23 is used as the laser light source.
  • the adapter 28 is a member that is employed as the shock tube 21 is employed as the shock tube.
  • the shock tube 21 is a cylindrical member having a hollow interior space including a central axis.
  • the shock tube 21 has an outer diameter and an inner diameter of 13 mm and 11 mm, respectively. That is, the thickness of the side wall of the shock tube 21 is 1 mm.
  • the inner diameter of the shock tube 21 is not limited to 11 mm and can be determined as appropriate.
  • a shock tube 21 having a uniform inner diameter ⁇ is used. However, the inner diameter ⁇ of the shock tube 21 may not be uniform.
  • the inner diameter ⁇ of the shock tube 21 may be enlarged as the distance from the end 21 a 1 of the shock tube 21 on the side of the condenser lens 22 increases. That is, the inner diameter portion of the shock tube 21 may be configured in a tapered shape or a trumpet shape as described above.
  • the shock tube 21 is made of an aluminum alloy.
  • the material forming the shock tube 21 may be a metal other than an aluminum alloy (for example, stainless steel, copper, etc.), a resin, or a ceramic.
  • the condenser lens 22 is a lens that collects light to a focal point by converting incident collimated light into convergent light.
  • a plano-convex aspheric lens having a focal length FL of 20 mm is used as the condenser lens 22 .
  • the condenser lens 22 has an outer diameter of 11 mm, corresponding to the inner diameter of the shock tube 21 .
  • the condensing lens 22 is fixed to the inner wall 21d of the shock tube 21 with the end 21a1, which is one end of the internal space 21a of the shock tube 21, sealed.
  • the method for fixing the condenser lens 22 to the inner wall 21d is not limited and can be selected as appropriate.
  • the end portion 21 a 1 which is one of the pair of end portions of the internal space 21 a, is sealed by the condensing lens 22 .
  • the end 21a2 which is the other of the pair of ends of the internal space 21a, is open because the end of the shock tube 21 remains open.
  • the optical axis of the condensing lens 22 preferably substantially coincides with the central axis of the shock tube 21, and more preferably coincides with it. In this modification, the optical axis of the condenser lens 22 and the central axis of the shock tube 21 are aligned.
  • the inner wall 21d of the shock tube 21 is formed of a smooth curved surface without steps over the entire section (see Fig. 3). Therefore, in this modified example, at least the inner wall of the second section S2 from the condensing point Pf to the end portion 21a2 of the internal space 21a is configured by a smooth curved surface without steps.
  • the inner wall 21d of the shock wave tube 21 is provided with a light absorption treatment layer 214 such as a black alumite layer formed by alumite treatment (see FIG. 3).
  • the absorption treatment layer 214 is an example of an absorption section.
  • the section of the inner wall 21d where the absorption layer 214 is formed is preferably at least the second section from the condensing point Pf to the end portion 21a2, and more preferably the entire section of the shock tube 21. .
  • the adapter 28 is a member for reducing the inner diameter of the lens holder 25 according to the outer diameter of the shock tube 21, and is configured similarly to the adapter 112.
  • the adapter 28 is provided in one of the openings formed in each of the pair of bottom surfaces of the lens holder 25 (the opening on the right side in FIG. 3).
  • the adapter 28 functions as a connecting member for connecting the shock tube 21 to the lens holder 25 . According to this configuration, the adapter 28 and the shock tube 21 can be replaced as required.
  • the inner diameter of the adapter 112 is 13 mm in this embodiment.
  • the inner diameter of the adapter 112 can be appropriately determined according to the outer diameter of the main pipe 113 .
  • the end on the side opposite to the optical fiber 26 and the block 27 is connected to the end of the shock tube 21 on the condenser lens 22 side. It is connected via an adapter 28 .
  • the vibrating device 20 employs a laser light source 23 having a higher output than the laser light source 13, which is a microchip laser light source.
  • the laser light source 23 is a pulse laser, like the laser light source 13 .
  • the laser crystal of the laser light source 23 is YAG like the laser light source 13 .
  • the laser light source 23 can emit laser L with higher power (for example, 1 J) than the laser light source 13 .
  • the power of the laser light obtained by the laser light source 23 is not limited to 1 J, and can be appropriately selected within a range of, for example, 50 mJ or more and 10 J or less.
  • the wavelength of the laser L emitted from the laser light source 23 is not limited to 1064 nm, and can be selected as appropriate. That is, the laser light source 23 is not limited to a YAG laser.
  • the optical fiber 26 has one end connected to the output port of the laser light source 23 and the other end fixed by a block 27 .
  • the optical fiber 26 irradiates the collimator lens 24 with the laser L by guiding the laser L. As shown in FIG. Whether to use a single mode fiber or a multimode fiber as the optical fiber 26 may be determined according to the power of the laser L. FIG.
  • the block 27 is a columnar mass of metal.
  • the block 27 is formed with a through hole penetrating from one bottom surface to the other bottom surface (see FIG. 3).
  • the other end of the optical fiber 26 is passed through a through hole of the block 27 and fixed.
  • the lens holder 25 is constructed similarly to the lens holder 15 . That is, the lens holder 25 is a cylindrical member having a hollow inner space including the central axis, and the collimator lens 24 is fixed to the inner wall thereof.
  • the collimator lens 24 is configured similarly to the collimator lens 14 . However, the difference is that the lens holder 25 is fixed to the block 27 while the lens holder 15 is fixed to the laser light source 13 .
  • the central axis of the lens holder 25 preferably substantially coincides with the optical axis of the optical fiber 26 fixed to the block 27, and more preferably coincides with it.
  • the central axis of the lens holder 25 and the optical axis of the optical fiber 26 fixed to the block 27 are aligned.
  • the optical axis of the collimator lens 24 preferably substantially coincides with the central axis of the lens holder 25, and more preferably coincides with it.
  • the optical axis of the collimating lens 24 and the central axis of the lens holder 25 are aligned.
  • the collimator lens 24 converts the laser L emitted from the optical fiber 26 from diffused light into collimated light, and couples the laser L, which is collimated light, to the condenser lens 22 described later.
  • optical fiber 26 and collimating lens 24 are an example of an optical system that couples laser L to condenser lens 22 .
  • the shock tube 21 is connected via an adapter 28 to an opening provided at the end of the lens holder 25 opposite to the block 27 .
  • the central axis of the shock tube 21 preferably substantially coincides with the central axis of the lens holder 25, and more preferably coincides with it. In this modification, the central axis of the lens holder 25 and the central axis of the shock tube 21 are aligned.
  • the lens holder 15 is made of aluminum alloy.
  • the material constituting the lens holder 15 may be metal other than aluminum alloy (for example, stainless steel, copper, etc.), resin, or ceramics.
  • the laser light source 13 and the shock wave tube 11 are connected via the lens holder 15 .
  • the laser light source 23, the optical fiber 26, the block 27, and the shock tube 21 are connected via the lens holder 25 and the adapter 28.
  • the combination of the laser light source and the shock tube can be freely selected.
  • the laser light source 13 and the shock tube 21 can be connected via the lens holder 25 and the adapter 28, or the laser light source 23, the optical fiber 26, the block 27, and the shock tube 11 can be connected. , can also be connected via the lens holder 15 .
  • FIG. 4 is a flow chart of the vibration excitation method M10.
  • the vibration excitation method M10 is one aspect of the present invention, like the vibration excitation device 10 .
  • the vibration method M10 includes a first step S11, a second step S12, and a third step S13, as shown in FIG.
  • the laser light source 13 emits a laser L that is diffuse light.
  • the wavelength of the laser L is 1064 nm and the power of the laser L is 150 mJ, for example.
  • the collimator lens 14 converts the laser L, which is diffuse light, into the laser L, which is collimated light, and then irradiates the laser L onto the condenser lens 12 .
  • the first step S11 is a step of irradiating the condenser lens 12 with the laser L. As shown in FIG.
  • the condensing lens 12 converts the laser L, which is incident collimated light, into convergent light, thereby condensing the laser L onto a converging point Pf located in the internal space 11a.
  • LIP occurs at the condensing point Pf by condensing the laser L.
  • FIG. This LIP becomes a shock wave and propagates around at high speed. This shock wave is hereinafter referred to as the LIP shock wave Wi.
  • the second step S12 is a step of generating the LIP shock wave Wi by focusing the laser L in the internal space 11a.
  • the condensing point Pf is located inside the internal space 11a. Therefore, the LIP shock wave Wi generated at the converging point Pf propagates along the central axis of the shock tube 11 toward the open end 11a2. As a result, the vibrating device 10 outputs the LIP shock wave Wi from the end portion 11a2 of the internal space 11a.
  • the third step S13 is a step of outputting the LIP shock wave Wi from the end portion 11a2.
  • the shock tube 11 outputs the LIP shock wave Wi from the end portion 11a2.
  • the LIP shock wave Wi can be applied to the surface Ts. can be excited.
  • the vibration excitation method M10 has been described using the vibration excitation device 10, but the vibration excitation method M10 can also be implemented using the vibration excitation device 20 shown in FIG.
  • the first step S11 is a step of irradiating the condenser lens 22 with the laser L
  • the second step S12 is a step of condensing the laser L into the internal space 21a to generate the LIP shock wave Wi
  • the third step S13 is a step of outputting the LIP shock wave Wi from the end portion 21a2 of the internal space 21a.
  • the vibrating devices 10 and 20 are equipped with the condensing lenses 12 and 22 and the shock tubes 11 and 21 .
  • the shock wave tubes 11 and 21 have one end 11a1 and 21a1 of the internal spaces 11a and 21a sealed by the condenser lenses 12 and 22, and the other ends 11a2 and 21a2 of the internal spaces 11a and 21a being open.
  • a laser L is supplied to the shock tubes 11 and 21 via condenser lenses 12 and 22 .
  • the shock tubes 11 and 21 output LIP shock waves Wi from the other ends 11a2 and 21a2.
  • the condensing lenses 12 and 22 are configured to converge the laser L in the internal spaces 11a and 21a of the shock tubes 11 and 21, respectively.
  • a vibration excitation method M10 is a vibration excitation method of generating a LIP shock wave Wi using the shock tubes 11 and 21, and includes a first step S11 of irradiating the condenser lenses 12 and 22 with the laser L, A second step S12 of generating a LIP shock wave Wi by focusing the laser L on 11a, 21a, and a third step S13 of outputting the LIP shock wave Wi from the other end 11a1, 21a1. .
  • the shock tubes 11 and 21 guide the LIP shock waves Wi generated at the focal point Pf to propagate to the ends 11a2 and 21a2, and from the ends 11a2 and 21a2 to the LIP shock waves Wi. It outputs a shock wave Wi. Therefore, in the vibration excitation devices 10 and 20, by directing the ends 11a2 and 21a2 toward the surface Ts of the target T, the LIP shock waves Wi with uniform propagation directions can be applied to the surface Ts. As a result, the vibrating devices 10 and 20 and the vibrating method M10 increase the efficiency of vibrating the target T more than the technique described in Patent Document 1 in the technique of vibrating the target T using the LIP shock wave Wi. be able to.
  • the first requirement is to adjust the optical system so that the laser L is condensed at one of the two focal points of the acoustic lens.
  • the second requirement is to arrange the acoustic lens such that the other of the two focal points of the acoustic lens coincides with the surface Ts.
  • the LIP shock waves Wi guided by the shock tubes 11 and 21 are output along the central axes of the shock tubes 11 and 21. That is, the LIP shock wave Wi is output with directivity. Therefore, the vibration intensity obtained in the vibration excitation devices 10 and 20 and the vibration excitation method M10 does not easily depend on the position of the condensing point Pf in the internal spaces 11a and 21a, and does not depend on the distance between the ends 11a2 and 21a2 and the surface Ts. is also difficult to depend on.
  • the vibrating devices 10 and 20 further include laser light sources 13 and 23 that emit the laser L and an optical system that couples the laser L to the condenser lenses 12 and 22 .
  • the optical system is the collimating lens 14 in the vibrating device 10 and the collimating lens 24 and the optical fiber 26 in the vibrating device 20 .
  • the laser L can be reliably condensed at the focal point Pf within the internal spaces 11a and 21a.
  • At least the inner walls of the second section S2 from the condensing point Pf to the end portions 11a2 and 21a2 of the internal spaces 11a and 21a are formed of smooth curved surfaces without steps. configuration is adopted.
  • At least the inner walls of the second section S2 extending from the condensing point Pf to the end portions 11a2 and 21a2 of the internal spaces 11a and 21a have an absorption portion ( In this embodiment, a configuration is employed in which absorption treatment layers 114, 214) are provided.
  • the absorption part absorbs the laser after the LIP shock wave Wi is generated at the focal point Pf, so that the amount of laser leaking out of the shock tubes 11 and 21 can be reduced.
  • FIG. 5 is a block diagram of the inspection system S. As shown in FIG.
  • the inspection system S includes a vibrating device 10, a controller 30, and a laser Doppler vibrometer 40.
  • the optical fiber provided in the introduction tube C13 is for supplying excitation light from the excitation light source E13 to the vibrating device 10.
  • the excitation light source E13 is controlled by a control signal generated by the control section 30.
  • FIG. Cable C40 is a cable that connects controller 30 and laser Doppler vibrometer 40 .
  • the cable C40 is a control signal generated by the controller 30 and transmits a control signal for controlling the laser Doppler vibrometer 40 to the laser Doppler vibrometer 40 .
  • the cable C40 also transmits a vibration signal representing the vibration measured by the laser Doppler vibrometer 40 to the control unit 30 .
  • a vibrating device 20 shown in FIG. 3 can be used in place of the vibrating device 10. As shown in FIG.
  • a worker using the inspection system S holds the vibrating device 10 with the end portion 11a2 facing the surface Ts of the target T.
  • the control unit 30 transmits a control signal for generating the pulsed laser L to the laser light source 13 .
  • the vibrating device 10 outputs the LIP shock wave Wi propagating along the central axis direction of the shock tube 11 from the end portion 11a2 (see FIG. 1).
  • the laser Doppler vibrometer 40 is an example of a vibration measuring device that measures vibration on the surface Ts of the target T.
  • the laser Doppler vibrometer 40 can measure vibrations on the surface Ts without touching the surface Ts.
  • the vibration measuring device is not limited to the laser Doppler vibrometer 40, and may be a laser displacement meter.
  • the laser Doppler vibrometer 40 and the laser displacement meter are non-contact vibration measuring devices.
  • the vibration measuring device may be a contact-type vibration measuring device such as an acceleration sensor.
  • the vibrating device 10 and the laser Doppler vibrometer 40 may be configured independently as shown in FIG. 5, or may be integrated.
  • the inspection system S includes the vibrating device 10, the same effects as the vibrating device 10 are obtained.
  • the inspection system S can also measure vibrations on the surface Ts using the laser Doppler vibrometer 40 . Therefore, the inspection system S can perform a laser hammering inspection using the LIP shock waves Wi.
  • Laser hammering inspection is a non-contact and non-destructive inspection method for detecting defects inside structures such as road tunnels. Therefore, examples of the target T include hammering test objects such as concrete walls, tile walls, reinforcing bars, metal columns, metal pipes, tiles, and fruits. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the target T is a concrete specimen having a defect Td therein. Also, the laser hammering test using the LIP shock wave Wi does not damage the surface Ts. Therefore, the inspection system S can perform a laser hammering inspection on a target T having decorative tiles on its surface, a target T having a decorative picture drawn on its surface, or the like. .
  • the vibrating device 10 can apply the LIP shock wave Wi to the surface Ts of the target T by adjusting the orientation of the end portion 11a2 while being held by the operator, and perform the laser hammering test.
  • the inspection system S can be made smaller than an inspection system that performs a conventional laser hammering inspection.
  • a vibrating device includes a condensing lens and one end of an internal space sealed by the condensing lens, and the other end of the internal space being open. a shock tube to which a laser is fed through the condenser lens and which outputs a laser-induced plasma shock wave from the other end.
  • the condenser lens is configured to converge the laser in the internal space of the shock tube.
  • the shock tube guides the LIP shock wave generated at the condensing point to propagate to the other end of the internal space, and outputs the LIP shock wave from the other end. Therefore, in this vibrator, by directing the other end to the surface of the target, LIP shock waves with uniform propagation directions can be applied to the surface of the target. As a result, in the technique of vibrating the target using the LIP shock wave, the vibrating apparatus can increase the efficiency of vibrating the target more than the technique using the acoustic lens described in Non-Patent Document 1.
  • a vibration excitation device in addition to the configuration of the vibration excitation device according to the first aspect described above, includes a laser light source that emits the laser, and couples the laser to the condenser lens.
  • An arrangement is employed which further comprises an optical system.
  • the laser can be reliably focused in the internal space of the shock tube.
  • a vibration excitation device in addition to the configuration of the vibration excitation device according to the above-described first aspect or second aspect, includes at least the laser condensed in the internal space.
  • the inner wall of the section from the light condensing point to the other end is provided with an absorption portion that absorbs the laser.
  • the absorption part absorbs the laser after the laser-induced plasma is generated at the condensing point, so it is possible to reduce the amount of laser leaking out of the shock tube.
  • An inspection system is the vibration apparatus according to any one of the first to third aspects described above, and vibrates a target using the laser-induced plasma shock wave. and a vibration measurement device for measuring vibration on the surface of the target.
  • the inspection system has the same effects as the vibrating device according to any one of the first to third aspects of the present invention.
  • the inspection system can also measure vibrations on the surface of the target using a vibration measuring device.
  • the inspection system can perform laser hammering inspection using LIP shock waves.
  • a vibration excitation method uses a shock tube in which one end of an internal space is sealed by the condenser lens and the other end of the internal space is open.
  • This is an excitation method for generating a laser-induced plasma shock wave.
  • the excitation method includes a first step of irradiating the condenser lens with a laser, a second step of generating a laser-induced plasma shock wave by condensing the laser in an internal space of the shock tube, and and a third step of outputting the laser-induced plasma shock wave from the end of the.
  • the inspection method has the same effects as the vibrating device according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the vibration excitation method of the first comparative example, the second comparative example, and the first to sixth examples of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9C are graphs showing the time dependence of vibration intensity obtained by the vibration excitation methods of the fourth to sixth embodiments of the present invention, respectively.
  • FIGS. 11(a) to 11(c) are graphs showing power spectra of vibrations obtained by the vibration excitation methods of the first to third examples of the present invention, respectively.
  • (d) to (f) of FIG. 12 are graphs showing power spectra of vibrations obtained by the vibration excitation methods of the fourth to sixth examples of the present invention, respectively.
  • FIG. 13 shows the intensity ratio of the fundamental vibration mode in the vibration power spectrum obtained by the vibration excitation methods of the first comparative example, the second comparative example, and the first to sixth examples of the present invention. graph.
  • the vibration mode having a frequency near 1400 Hz in the power spectra shown in FIGS. 10 to 12 is used as the fundamental vibration mode.
  • FIG. 14 is a graph showing the time dependence of the impact pressure of the vibrations obtained by the vibration excitation methods of the second comparative example and the first to sixth examples of the present invention.
  • FIG. 15 is a graph showing the peak intensity of the impact pressure of the vibrations obtained by the vibration excitation methods of the second comparative example and the first to sixth examples of the present invention.
  • FIG. 16 is an image showing the surface of a tile subjected to the vibration excitation methods of the first comparative example, the second comparative example, and the first to third examples of the present invention.
  • a stationary pulsed YAG laser light source was used as the laser light source for emitting the laser L.
  • the laser ablation (LA) method was used in the excitation method of the first comparative example.
  • the laser L is condensed at the condensing point Pf using the condensing lens Lc.
  • the condensing lens Lc is a lens configured similarly to the condensing lens 12 .
  • LA is generated on the surface Ts of the target T by aligning the condensing point Pf with the surface Ts of the target T.
  • FIG. The surface Ts is excited by the LA reaction.
  • the LIP shock wave method was used in the excitation method of the second comparative example. Specifically, the laser L is condensed at the condensing point Pf using the condensing lens Lc. In the excitation method of the second comparative example, the distance between the focal point Pf and the surface Ts was set to 30 mm. The surface Ts is excited by the LIP shock wave at the focal point Pf.
  • the excitation method M10 (see FIG. 4) was used in the excitation methods of the first to sixth embodiments of the present invention.
  • the length of the second section S2 was set to 10 mm, and the distance from the end portion 11a2 to the surface Ts was set to 20 mm.
  • 25 mm, 15 mm, 11 mm, 9 mm, 8 mm and 6 mm were adopted as the inner diameter ⁇ (see FIG. 2(a)) of the main pipe 113, respectively.
  • the wavelength of the laser L was 1064 nm and the power of the laser L was 150 mJ.
  • the target T a concrete specimen was used.
  • the vibration method of the third example can vibrate the surface Ts more strongly than the first and second comparative examples.
  • Each graph in FIGS. 10 to 12 is a power spectrum obtained by Fourier transforming the time dependence of the vibration intensity shown in each graph in FIGS. 7 to 9.
  • the vibration methods of the first to third examples and the sixth example have approximately 1400 Hz. It was found that the intensity of the vibration appearing at Further, when the vibration methods of the first to sixth examples were compared, it was found that the strongest vibration intensity was obtained in the vibration method of the third example.
  • FIG. 13 shows the ratio of the peak intensity of the fundamental vibration mode obtained in another excitation method to the peak intensity of the fundamental vibration mode obtained in the excitation method of the third embodiment.
  • the vibration methods of the first to third examples and the sixth example are more powerful than not only the vibration method of the second comparative example but also the vibration method of the first comparative example. It was found that strong vibration intensity can be obtained. Further, it was found that the vibration intensity obtained by the vibration excitation method of the third example was 100 times or more the vibration intensity obtained by the vibration excitation method of the first comparative example.
  • Table 1 summarizes the results of the vibration excitation methods of the first and second comparative examples and the vibration excitation method of the third embodiment.
  • the impact pressure of the vibrations obtained by the vibration excitation methods of the second comparative example and the first to sixth examples of the present invention was measured using a Newton meter.
  • the vibration impact pressures obtained by the vibration excitation methods of the first to sixth embodiments of the present invention are all obtained by the vibration excitation method of the second comparative example. was found to exceed the impact pressure of the vibration
  • FIG. 16 shows the result of implementing the vibration method of the first comparative example and the vibration method of the third example by changing the target T from a concrete test piece to a tile.
  • the vibration excitation method of the third example the surface Ts of the tile, which is the target T, was not damaged even after 10 times.
  • the excitation method of the first comparative example using the LA method scratches were confirmed even after one implementation, and it was found that the larger the number of times such as 3 times and 10 times, the larger the scratches. rice field. From this result, it was found that the excitation method using the LIP shock wave did not damage the surface Ts of the target T.
  • S inspection system 10 20 vibrator 11, 21 shock tube 11a, 21a internal space 11a1, 21a1 end (one end) 11a2, 21a2 end (other end) 111 lens holder 112 adapter 113 main pipe 1131, 21d inner wall 114, 214 absorption treatment layer (absorbing part) 12, 22 condenser lenses 13, 23 laser light source 14 collimator lens (optical system) 24 collimator lens (part of optical system) 15, 25 lens holder 26 optical fiber (part of optical system) 30 control unit 40 laser Doppler vibrometer (vibration measuring device) T target Ts surface

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Abstract

レーザー誘起プラズマ衝撃波を用いてターゲットを加振する技術において、従来よりもターゲットを加振する効率を高めるために、加振装置は、集光レンズ（１２）と、内部空間（１１ａ）の一方の端部（１１ａ１）が集光レンズ（１２）により密閉されており、内部空間（１１ａ）の他方の端部（１１ａ２）が開放されている衝撃波管（１１）と、を備えている。集光レンズ（１２）は、供給されたレーザー（Ｌ）を衝撃波管（１１）の内部空間（１１ａ）において集光させる。衝撃波管（１１）は、他方の端部（１１ａ２）からレーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する。

Description

加振装置、検査システム、及び加振方法
　本発明は、加振装置及び加振方法に関する。また、本発明は、加振装置を備えた検査システムに関する。
　道路のトンネルに代表される構造物の内部に欠陥が生じているか否かを、非接触且つ非破壊で検査する手法として、レーザー打音検査が知られている。レーザー打音検査は、ハンマーを用いた打音検査を代替する手法である。レーザー打音検査は、トンネルの壁面に代表されるターゲットにパルス状のレーザーを照射することにより、ターゲットの表面においてレーザーアブレーションを生じさせる。ターゲットは、そのレーザーアブレーションの反作用により加振される。ただし、このレーザーアブレーション法では、ターゲットの表面にアブレーションの痕が傷として残る。
　レーザーを用いつつターゲットに傷を付けない加振方法として、レーザー誘起プラズマ（Laser induced plasma, LIP）衝撃波法が知られている（特許文献１参照）。ＬＩＰ衝撃波法では、ターゲットの近傍の空間にパルス状のレーザー光をパルス照射する。これにより、ターゲットの近傍の空間においてレーザブレイクダウン（Laser Induced Breakdown, LIB）が発生する。ＬＩＰは、ＬＩＢにより誘起されるプラズマである。また、ＬＩＰ衝撃波は、ＬＩＰに起因する衝撃波である。ＬＩＰ衝撃波法では、ＬＩＰ衝撃波を用いてターゲットを加振する。
国際公開第２０１１／１５８５０３号
　しかしながら、同じパワーのレーザーを用いた場合、ＬＩＰ衝撃波法により得られる加振のパワーは、レーザーアブレーション法により得られる加振のパワーよりも小さい。本発明は、この課題に鑑み成されたものであり、その目的は、ＬＩＰ衝撃波を用いてターゲットを加振する技術において、従来よりもターゲットを加振する効率を高めることである。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る加振装置は、集光レンズと、内部空間の一方の端部が前記集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管であって、前記集光レンズを介してレーザーが供給され、前記他方の端部からレーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する衝撃波管と、を備えている。当該加振装置において、前記集光レンズは、前記レーザーを前記衝撃波管の内部空間において集光させる、ように構成されている。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る検査システムは、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る加振装置であって、前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を用いてターゲットを加振する加振装置と、前記ターゲットの表面における振動を計測する振動計測装置と、を備えている。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る加振方法は、内部空間の一方の端部が前記集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管を用いてレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる加振方法である。当該加振方法は、前記集光レンズにレーザーを照射する第１の工程と、前記衝撃波管の内部空間にレーザーを集光することによりレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる第２の工程と、前記他方の端部から前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する第３の工程と、を含んでいる。
　本発明の一態様によれば、ＬＩＰ衝撃波を用いてターゲットを加振する技術において、従来よりもターゲットを加振する効率を高めることができる。
本発明の第１の実施形態に係る加振装置の縦断面図である。 （ａ）は、図１に示した加振装置が備えている衝撃波管及び集光レンズの縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示した衝撃波管の平面図であって、当該衝撃波管の一方の端部を平面視することにより得られる平面図である。 図１に示した加振装置の一変形例の縦断面図である。 図１に示した加振装置が実施する加振方法のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る検査システムのブロック図である。 第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第３の実施例の加振方法を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の比較例及び第２の比較例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１～第３の実施例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第４～第６の実施例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の比較例及び第２の比較例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１～第３の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。 （ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第４～第６の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。 第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルにおける基本振動モードの強度比を示すグラフである。 第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力の時間依存性を示すグラフである。 第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力のピーク強度を示すグラフである。 第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第３の実施例の加振方法を実施したタイルの表面を示す画像である。
　〔第１の実施形態〕
　以下、本発明の第１の実施形態に係る加振装置１０について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、加振装置１０の縦断面図である。なお、本実施形態において、縦断面とは、加振装置１０が備えている衝撃波管１１の中心軸に沿って、当該衝撃波管１１を軸方向に裁断した際にみえる断面を意味する。また、本実施形態においては、衝撃波管１１の中心軸に直交する断面を横断面と称する。図２の（ａ）は、加振装置１０が備えている衝撃波管１１及び集光レンズ１２の縦断面図である。図２の（ｂ）は、集光レンズ１２を平面視することにより得られる平面図である。図２の（ｂ）においては、集光レンズ１２を衝撃波管１１の中心軸に平行な方向から見ている。
　＜加振装置の構成＞
　図１に示すように、加振装置１０は、衝撃波管１１と、集光レンズ１２と、レーザー光源１３と、光ファイバを含むレーザー光の導入管Ｃ１３と、コリメートレンズ１４と、レンズホルダー１５と、を備えている。
　（衝撃波管）
　図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、衝撃波管１１は、レンズホルダー１１１と、アダプター１１２と、主管１１３と、吸収処理層１１４と、を備えている。
　レンズホルダー１１１は、中心軸を含む内部空間が中空に構成された円筒状の部材である。本実施形態において、レンズホルダー１１１の内径は、２５ｍｍである。ただし、レンズホルダー１１１の内径は、後述する集光レンズ１２の直径に応じて適宜定めることができる。
　アダプター１１２は、レンズホルダー１１１の内径を後述する主管１１３の外径に応じて縮径するための部材である。アダプター１１２は、主面を平面視した場合の輪郭が円形である円盤状の部材である。アダプター１１２の中心部には、輪郭と同心円となるように円形の穴が形成されている。アダプター１１２は、レンズホルダー１１１の一対の底面の各々に形成されている開口のうち一方の開口（図１及び図２の（ａ）においては右側の開口）に設けられている。アダプター１１２は、レンズホルダー１１１に主管１１３を接続するための接続部材として機能する。
　アダプター１１２の外径は、レンズホルダー１１１の内径に対応しており、本実施形態では２５ｍｍである。したがって、アダプター１１２の外側面は、レンズホルダー１１１の内側面に嵌合する。なお、図１及び図２では図示を省略しているが、レンズホルダー１１１とアダプター１１２とが嵌合する部分には、レンズホルダー１１１に雌ねじが形成されており、アダプター１１２に雄ねじが形成されている。この構成によれば、アダプター１１２と、主管１１３とを必要に応じて交換することができる。
　アダプター１１２の内径は、本実施形態では、１３ｍｍである。ただし、アダプター１１２の内径は、主管１１３の外径に応じて適宜定めることができる。
　主管１１３は、中心軸を含む内部空間が中空に構成された円筒状の部材である。本実施形態において、主管１１３の外径及び内径φの各々は、それぞれ、１３ｍｍ及び１１ｍｍである。すなわち、主管１１３の側壁の厚みは、１ｍｍである。
　したがって、主管１１３の外側面は、アダプター１１２の内側面に嵌合する。なお、図１及び図２では図示を省略しているが、アダプター１１２と主管１１３とが嵌合する部分には、アダプター１１２に雌ねじが形成されており、主管１１３に雄ねじが形成されている。この構成によれば、アダプター１１２と、主管１１３とを必要に応じて交換することができるので、主管１１３の内径φを適宜変更することができる。
　主管１１３の内径φは、１１ｍｍに限定されず、適宜定めることができる。後述する本発明の各実施例では、主管１１３の内径φとして、１１ｍｍ以外に、２５ｍｍ、１５ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、及び６ｍｍを採用している。なお、主管１１３の内径φが２５ｍｍである場合には、アダプター１１２を省略し、レンズホルダー１１１に主管１１３を直接接続すればよい。また、本実施形態では、内径φが均一な主管１１３を採用している。ただし、主管１１３の内径φは、均一でなくてもよい。例えば、主管１１３の内径φは、主管１１３における集光レンズ１２側の端部から遠ざかるにしたがって拡大されていてもよい。この場合の具体例としては、主管１１３の内壁面が、直線的な勾配を有するテーパー状に形成された構成例や、主管１１３の内壁面の勾配が曲面で形成されていて主管１１３の少なくとも内径部分（内壁部分）がラッパ状に拡がる構成例など、が挙げられる。
　本実施形態において、レンズホルダー１１１、アダプター１１２、及び、主管１１３の各々は、何れもアルミニウム合金製である。ただし、レンズホルダー１１１、アダプター１１２、及び、主管１１３の各々を構成する材料は、アルミニウム合金以外の金属（例えば、ステンレスや銅など）であってもよいし、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。
　主管１１３の内壁１１３１は、段差のない滑らかな曲面により構成されている。したがって、本実施形態において、内部空間１１ａのうち、少なくとも、集光点Ｐｆから端部１１ａ２に至る第２の区間Ｓ２の内壁は、段差のない滑らかな曲面により構成されている（図２の（ａ）参照）。また、本実施形態では、主管１１３における集光レンズ１２側の端部が集光レンズ１２の出射面から離間していることにより、第１の区間Ｓ１の途中において内部空間１１ａの直径に不連続が生じている。ただし、主管１１３における集光レンズ１２側の端部は、集光レンズ１２の出射面に突き当たるように構成されていてもよい。この場合、内部空間１１ａの直径は、第１の区間Ｓ１においても内径φと等しくなる。したがって、この構成によれば、内部空間１１ａを取り囲む内壁を、全区間Ｓａを通して滑らかな曲面により構成することができる。なお、集光点Ｐｆ、第１の区間Ｓ１、第２の区間Ｓ２、及び、全区間Ｓａについては、集光レンズの項において後述する。
　また、本実施形態において、主管１１３の内壁１１３１には、アルマイト処理を施すことによって形成された黒アルマイト層等の光の吸収処理層１１４が設けられている（図２の（ａ）参照）。吸収処理層１１４は、吸収部の一例である。なお、内部空間１１ａを取り囲む側壁のうち吸収処理層１１４を形成する区間は、少なくとも、集光点Ｐｆから端部１１ａ２に至る第２の区間Ｓ２であることが好ましく、主管１１３の全区間であることがより好ましい。また、主管１１３の内壁１１３１に加えて、レンズホルダー１１１の内壁にも黒アルマイト層等の光の吸収処理層が形成されていることが更に好ましい。
　以上のように、衝撃波管１１は、アダプター１１２を介して互いに接続されたレンズホルダー１１１及び主管１１３を備えている。したがって、衝撃波管１１の内部空間１１ａは、レンズホルダー１１１により側方を取り囲まれた、内径が相対的に太い区間と、主管１１３により側方を取り囲まれた、内径が相対的に細い区間とに二分することができる。
　内部空間１１ａの一対の端部のうち一方の端部である端部１１ａ１は、後述する集光レンズ１２により密閉されている。内部空間１１ａの一対の端部のうち他方の端部である端部１１ａ２は、主管１１３の端部が開放されたままなので、開放されている。
　なお、本実施形態において、衝撃波管１１は、各々が別個の部材であるレンズホルダー１１１、アダプター１１２、及び、主管１１３を組み立てることによって構成されている。ただし、衝撃波管１１においては、レンズホルダー１１１、アダプター１１２、及び、主管１１３を、一体成型した１つの部材により構成することもできるし、レンズホルダー１１１及びアダプター１１２を一体成型した１つの部材により構成することもできるし、アダプター１１２及び主管１１３を一体成型した１つの部材により構成することもできる。
　（集光レンズ）
　図１及び図２の（ａ）に示すように、集光レンズ１２は、入射したコリメート光を収束光に変換することによって、焦点に集光するレンズである。本実施形態では、集光レンズ１２として焦点距離ＦＬが２０ｍｍである平凸型の非球面レンズを用いている。集光レンズ１２の外径は、２５ｍｍであり、レンズホルダー１１１の内径に対応している。
　集光レンズ１２は、衝撃波管１１の内部空間１１ａの一方の端部である端部１１ａ１を密閉した状態で、レンズホルダー１１１の内壁に固定されている。なお、レンズホルダー１１１の内壁に集光レンズ１２を固定する方法は、限定されず、適宜選択することができる。
　なお、集光レンズ１２の光軸は、衝撃波管１１の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、集光レンズ１２の光軸と、衝撃波管１１の中心軸とは一致している。
　このように構成された衝撃波管１１及び集光レンズ１２において、集光レンズ１２は、内部空間１１ａとは逆側に位置する入射面にレーザーＬ（図１参照）を入射された場合に、レーザーＬを内部空間１１ａにおいて集光させる。本実施形態では、集光レンズ１２の入射面に対してコリメートされたレーザーＬを照射する構成を採用しているので、レーザーＬが集光する集光点Ｐｆは、集光レンズ１２の焦点と一致する。
　さらに、本実施形態では、集光点Ｐｆが内部空間１１ａのうち主管１１３により側方を取り囲まれた区間内に位置するように、レンズホルダー１１１内における集光レンズ１２の位置を定めている（図２の（ａ）参照）。以下において、内部空間１１ａのうち、一方の端部１１ａ１から集光点Ｐｆに至る区間を第１の区間Ｓ１と称し、集光点Ｐｆから他方の端部１１ａ２に至る区間を第２の区間Ｓ２と称し、端部１１ａ１から１１ａ２に至る区間を全区間Ｓａと称する。
　（レーザー光源）
　レーザー光源１３は、パルス状のレーザーＬを出射する。すなわち、レーザー光源１３は、パルスレーザーである。本実施形態においては、レーザー光源１３として、レーザー結晶としてＹＡＧ（Yttrium-Aluminum-Garnet）を用いたマイクロチップパルスレーザー光源を用いている。レーザー光源１３は、導入管Ｃ１３に備えられた光ファイバを用いてレーザー結晶に供給される励起光を用いて反転分布を実現することによりレーザー発振する。その結果、レーザー光源１３は、波長が１０６４ｎｍであるパルス状のレーザーＬを出射する。ただし、レーザー光源１３が出射するレーザーＬの波長は、１０６４ｎｍに限定されず、適宜選択することができる。すなわち、レーザー光源１３は、ＹＡＧレーザーに限定されない。なお、図１においては、レーザー光源１３の内部構造の図示を省略している。
　レーザーＬの所望のパワーがマイクロチップレーザー光源で得られる場合、レーザー光源としてマイクロチップレーザー光源を採用することにより、加振装置１０を小型化することができる。一方、レーザーＬの所望のパワーがマイクロチップレーザー光源で得られない場合、レーザー光源として据え置き型のレーザー光源を採用すればよい。据え置き型のレーザー光源を採用する場合については、図３を参照して後述する。また、後述する第１～第６の実施例と、第１及び第２の比較例とにおいては、レーザー光源として据え置き型のレーザー光源を採用している。現状、マイクロチップレーザー光源で得られるレーザー光のパワーは、例えば、１０以上２０ｍＪ以下の範囲に含まれる。ただし、パルスレーザー光源で得られるレーザー光のパワーは、これに限定されない。パルスレーザー光源をマイクロチップレーザー光源に限定せず、据え置き型のパルスレーザー光源も含めた場合、得られるレーザー光のパワーは、例えば５ｍＪ以上２００ｍＪ以下の範囲内において適宜選択することができる。
　（レンズホルダー）
　図１に示すように、レンズホルダー１５は、中心軸を含む内部空間が中空に構成された円筒状の部材である。本実施形態において、レンズホルダー１５の内径は、２５ｍｍである。ただし、レンズホルダー１５の内径は、後述するコリメートレンズ１４の直径に応じて適宜定めることができる。
　レンズホルダー１５は、レーザー光源１３に対して固定されている。レンズホルダー１５の中心軸は、レーザー光源１３の光軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、レンズホルダー１５の中心軸と、レーザー光源１３の光軸とは一致している。
　レンズホルダー１５は、複数のボルト（図１には図示を省略）を用いてレーザー光源１３に固定している。ただし、レンズホルダー１５をレーザー光源１３に固定する手段は、限定されず、適宜定めることができる。
　レンズホルダー１５の一対の端部のうちレーザー光源１３と逆側の端部には、衝撃波管１１の一対の端部のうち集光レンズ１２側の端部が接続されている。本実施形態では、レンズホルダー１５のレーザー光源１３と逆側の端部に設けられた開口に対して、衝撃波管１１の集光レンズ１２側の端部を嵌合させることによって、衝撃波管１１をレンズホルダー１５に接続している。ただし、衝撃波管１１をレンズホルダー１５に固定する手段は、限定されず、適宜定めることができる。
　衝撃波管１１の中心軸は、レンズホルダー１５の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、レンズホルダー１５の中心軸と、衝撃波管１１の中心軸とは一致している。
　本実施形態において、レンズホルダー１５は、何れもアルミニウム合金製である。ただし、レンズホルダー１５を構成する材料は、アルミニウム合金以外の金属（例えば、ステンレスや銅など）であってもよいし、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。
　（コリメートレンズ）
　図１に示すように、コリメートレンズ１４は、レーザー光源１３から出射された拡散光であって、コリメートレンズ１４に入射した拡散光をコリメート光に変換するレンズである。コリメートレンズ１４は、レーザーＬを集光レンズ１２に結合させる光学系の一例である。本実施形態では、コリメートレンズ１４として、焦点距離ＦＬが２０ｍｍである平凸型の非球面レンズを用いている。コリメートレンズ１４は、集光レンズ１２と同様に構成されている。
　コリメートレンズ１４の外径は、２５ｍｍであり、レンズホルダー１５の内径に対応している。コリメートレンズ１４は、レンズホルダー１５の内壁に固定されている。なお、レンズホルダー１５の内壁にコリメートレンズ１４を固定する方法は、限定されず、適宜選択することができる。
　なお、コリメートレンズ１４の光軸は、レンズホルダー１５の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、コリメートレンズ１４の光軸と、レンズホルダー１５の中心軸とは一致している。したがって、本実施形態において、レーザー光源１３の光軸と、コリメートレンズ１４の光軸とは、一致している。
　＜変形例＞
　加振装置１０の一変形例である加振装置２０について、図３を参照して説明する。図３は、加振装置２０の縦断面図である。
　加振装置２０は、衝撃波管２１と、集光レンズ２２と、レーザー光源２３と、コリメートレンズ２４と、レンズホルダー２５と、光ファイバ２６と、ブロック２７と、アダプター２８と、を備えている。衝撃波管２１、集光レンズ２２、レーザー光源２３、コリメートレンズ２４、及び、レンズホルダー２５の各々は、それぞれ、衝撃波管１１、集光レンズ１２、レーザー光源１３、コリメートレンズ１４、及びレンズホルダー１５に対応している。光ファイバ２６及びブロック２７は、レーザー光源としてレーザー光源２３を採用していることに伴い採用している部材である。アダプター２８は、衝撃波管として衝撃波管２１を採用していることに伴い採用している部材である。
　（衝撃波管及び集光レンズ）
　図３に示すように、衝撃波管２１は、中心軸を含む内部空間が中空に構成された円筒状の部材である。本変形例において、衝撃波管２１の外径及び内径の各々は、それぞれ、１３ｍｍ及び１１ｍｍである。すなわち、衝撃波管２１の側壁の厚みは、１ｍｍである。ただし、衝撃波管２１の内径は、主管１１３の内径φと同様に、１１ｍｍに限定されず、適宜定めることができる。また、本変形例では、内径φが均一な衝撃波管２１を採用している。ただし、衝撃波管２１の内径φは、均一でなくてもよい。例えば、衝撃波管２１の内径φは、衝撃波管２１における集光レンズ２２側の端部２１ａ１から遠ざかるにしたがって拡大されていてもよい。つまり、衝撃波管２１の内径部分は、前述したように、テーパー状やラッパ状に構成されていてもよい。
　本変形例において、衝撃波管２１は、アルミニウム合金製である。ただし、衝撃波管２１を構成する材料は、アルミニウム合金以外の金属（例えば、ステンレスや銅など）であってもよいし、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。
　また、図３に示すように、集光レンズ２２は、入射したコリメート光を収束光に変換することによって、焦点に集光するレンズである。本変形例では、集光レンズ２２として焦点距離ＦＬが２０ｍｍである平凸型の非球面レンズを用いている。集光レンズ２２の外径は、１１ｍｍであり、衝撃波管２１の内径に対応している。
　集光レンズ２２は、衝撃波管２１の内部空間２１ａの一方の端部である端部２１ａ１を密閉した状態で、衝撃波管２１の内壁２１ｄに固定されている。なお、内壁２１ｄに集光レンズ２２を固定する方法は、限定されず、適宜選択することができる。
　このように、内部空間２１ａの一対の端部のうち一方の端部である端部２１ａ１は、集光レンズ２２により密閉されている。内部空間２１ａの一対の端部のうち他方の端部である端部２１ａ２は、衝撃波管２１の端部が開放されたままなので、開放されている。
　なお、集光レンズ２２の光軸は、衝撃波管２１の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本変形例において、集光レンズ２２の光軸と、衝撃波管２１の中心軸とは一致している。
　衝撃波管２１の内壁２１ｄは、全区間に亘って段差のない滑らかな曲面により構成されている（図３参照）。したがって、本変形例において、内部空間２１ａのうち、少なくとも、集光点Ｐｆから端部２１ａ２に至る第２の区間Ｓ２の内壁は、段差のない滑らかな曲面により構成されている。
　また、本変形例において、衝撃波管２１の内壁２１ｄには、アルマイト処理を施すことによって形成された黒アルマイト層等の光の吸収処理層２１４が設けられている（図３参照）。吸収処理層２１４は、吸収部の一例である。なお、内壁２１ｄのうち吸収処理層２１４を形成する区間は、少なくとも、集光点Ｐｆから端部２１ａ２に至る第２の区間であることが好ましく、衝撃波管２１の全区間であることがより好ましい。
　アダプター２８は、レンズホルダー２５の内径を衝撃波管２１の外径に応じて縮径するための部材であり、アダプター１１２と同様に構成されている。アダプター２８は、レンズホルダー２５の一対の底面の各々に形成されている開口のうち一方の開口（図３においては右側の開口）に設けられている。アダプター２８は、レンズホルダー２５に衝撃波管２１を接続するための接続部材として機能する。この構成によれば、アダプター２８と、衝撃波管２１とを必要に応じて交換することができる。
　アダプター１１２の内径は、本実施形態では、１３ｍｍである。ただし、アダプター１１２の内径は、主管１１３の外径に応じて適宜定めることができる。
　以上のように、レンズホルダー２５の一対の端部のうち光ファイバ２６及びブロック２７と逆側の端部には、衝撃波管２１の一対の端部のうち集光レンズ２２側の端部が、アダプター２８を介して接続されている。
　（レーザー光源）
　加振装置２０は、マイクロチップレーザー光源であるレーザー光源１３よりも高出力なレーザー光源２３を採用している。なお、レーザー光源２３は、レーザー光源１３と同様にパルスレーザーである。また、レーザー光源２３のレーザー結晶は、レーザー光源１３と同様にＹＡＧである。レーザー光源２３は、レーザー光源１３よりも高パワー（例えば１Ｊ）のレーザーＬを出射することができる。ただし、レーザー光源２３で得られるレーザー光のパワーは、１Ｊ限定されず、例えば５０ｍＪ以上１０Ｊ以下の範囲内において適宜選択することができる。なお、レーザー光源１３の場合と同様に、レーザー光源２３が出射するレーザーＬの波長は、１０６４ｎｍに限定されず、適宜選択することができる。すなわち、レーザー光源２３は、ＹＡＧレーザーに限定されない。
　（光ファイバ及びブロック）
　光ファイバ２６は、一方の端部がレーザー光源２３の出射ポートに接続されており、他方の端部がブロック２７により固定されている。光ファイバ２６は、レーザーＬを導波することによって、レーザーＬをコリメートレンズ２４に照射する。光ファイバ２６として、シングルモードファイバ及びマルチモードファイバの何れを採用するかは、レーザーＬのパワーに応じて決めればよい。
　ブロック２７は、柱状の金属の塊である。ブロック２７には、一方の底面から他方の底面まで貫通する貫通孔が形成されている（図３参照）。光ファイバ２６の他方の端部は、ブロック２７の貫通孔に通された状態で固定されている。
　（コリメートレンズ及びレンズホルダー）
　レンズホルダー２５は、レンズホルダー１５と同様に構成されている。すなわち、レンズホルダー２５は、中心軸を含む内部空間が中空に構成された円筒状の部材であり、その内壁にコリメートレンズ２４が固定されている。コリメートレンズ２４は、コリメートレンズ１４と同様に構成されている。ただし、レンズホルダー１５がレーザー光源１３に固定されているのに対して、レンズホルダー２５は、ブロック２７に固定されている点が異なる。
　レンズホルダー２５の中心軸は、ブロック２７に固定されている光ファイバ２６の光軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、レンズホルダー２５の中心軸と、ブロック２７に固定されている光ファイバ２６の光軸とは一致している。
　また、コリメートレンズ２４の光軸は、レンズホルダー２５の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本実施形態において、コリメートレンズ２４の光軸と、レンズホルダー２５の中心軸とは一致している。
　コリメートレンズ２４は、光ファイバ２６から出射されたレーザーＬを拡散光からコリメート光に変換した上で、後述する集光レンズ２２に対してコリメート光であるレーザーＬを結合させる。したがって、光ファイバ２６及びコリメートレンズ２４は、レーザーＬを集光レンズ２２に結合させる光学系の一例である。
　本変形例では、レンズホルダー２５のブロック２７と逆側の端部に設けられた開口に対して、アダプター２８を介して衝撃波管２１を接続している。
　衝撃波管２１の中心軸は、レンズホルダー２５の中心軸とほぼ一致していることが好ましく、一致していることがより好ましい。本変形例において、レンズホルダー２５の中心軸と、衝撃波管２１の中心軸とは一致している。
　本変形例において、レンズホルダー１５は、何れもアルミニウム合金製である。ただし、レンズホルダー１５を構成する材料は、アルミニウム合金以外の金属（例えば、ステンレスや銅など）であってもよいし、樹脂であってもよいし、セラミックスであってもよい。
　（レーザー光源と衝撃波管との組み合わせ）
　図１に示した加振装置１０では、レーザー光源１３と衝撃波管１１とを、レンズホルダー１５を介して接続している。一方、図３に示した加振装置２０では、レーザー光源２３、光ファイバ２６、及び、ブロック２７と、衝撃波管２１とを、レンズホルダー２５及びアダプター２８を介して接続している。本発明の一態様において、レーザー光源と、衝撃波管との組み合わせは、自由に選択することができる。具体的には、レーザー光源１３と衝撃波管２１とを、レンズホルダー２５及びアダプター２８を介して接続することもできるし、レーザー光源２３、光ファイバ２６、及び、ブロック２７と、衝撃波管１１とを、レンズホルダー１５を介して接続することもできる。
　＜加振方法＞
　加振装置１０を用いてレーザー誘起プラズマ（Laser induced plasma, LIP）衝撃波Ｗｉを出力する加振方法Ｍ１０について、図１及び図４を参照して説明する。図４は、加振方法Ｍ１０のフローチャートである。加振方法Ｍ１０は、加振装置１０と同様に本発明の一態様である。加振方法Ｍ１０は、図４に示すように、第１の工程Ｓ１１、第２の工程Ｓ１２、及び、第３の工程Ｓ１３を含んでいる。
　図１に示すように、レーザー光源１３は、拡散光であるレーザーＬを出射する。本実施形態において、レーザーＬの波長は、１０６４ｎｍであり、レーザーＬのパワーは、例えば１５０ｍＪである。
　コリメートレンズ１４は、拡散光であるレーザーＬをコリメート光であるレーザーＬに変換したうえで、レーザーＬを集光レンズ１２に照射する。このように、第１の工程Ｓ１１は、集光レンズ１２にレーザーＬを照射する工程である。
　集光レンズ１２は、入射したコリメート光であるレーザーＬを収束光に変換することによって、レーザーＬを内部空間１１ａに位置する集光点Ｐｆに集光する。レーザーＬが集光されることによって集光点ＰｆではＬＩＰが生じる。このＬＩＰは、衝撃波となって周囲に高速で伝搬する。以下では、この衝撃波を、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉと称する。このように、第２の工程Ｓ１２は、内部空間１１ａにレーザーＬを集光することによりＬＩＰ衝撃波Ｗｉを生じさせる工程である。
　集光点Ｐｆは、内部空間１１ａの内部に位置する。したがって、集光点Ｐｆにおいて生じたＬＩＰ衝撃波Ｗｉは、衝撃波管１１の中心軸に沿って、開放されている側の端部１１ａ２に向かって伝搬する。その結果は、加振装置１０は、内部空間１１ａの端部１１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する。このように、第３の工程Ｓ１３は、端部１１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する工程である。このように、衝撃波管１１は、端部１１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する。
　したがって、端部１１ａ２を図５に示すようにターゲットＴの表面Ｔｓに向けることによって、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉを表面Ｔｓに印加することができるので、加振装置１０は、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉを用いて表面Ｔｓを加振することができる。
　なお、本実施形態では、加振装置１０を用いて加振方法Ｍ１０について説明したが、図３に示した加振装置２０を用いて加振方法Ｍ１０を実施することもできる。この場合、第１の工程Ｓ１１は、集光レンズ２２にレーザーＬを照射する工程であり、第２の工程Ｓ１２は、内部空間２１ａにレーザーＬを集光することによりＬＩＰ衝撃波Ｗｉを生じさせる工程であり、第３の工程Ｓ１３は、内部空間２１ａの端部２１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する工程である。
　＜加振装置及び加振方法のまとめ＞
　以上のように、加振装置１０，２０は、集光レンズ１２，２２と、衝撃波管１１，２１とを備えている。衝撃波管１１，２１は、内部空間１１ａ，２１ａの一方の端部１１ａ１，２１ａ１が集光レンズ１２，２２により密閉されており、内部空間１１ａ，２１ａの他方の端部１１ａ２，２１ａ２が開放されている。衝撃波管１１，２１には、集光レンズ１２，２２を介してレーザーＬが供給される。衝撃波管１１，２１は、他方の端部１１ａ２，２１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する。このような加振装置１０，２０において、集光レンズ１２，２２は、レーザーＬを衝撃波管１１，２１の内部空間１１ａ，２１ａにおいて集光させる、ように構成されている。
　また、加振方法Ｍ１０は、衝撃波管１１，２１を用いてＬＩＰ衝撃波Ｗｉを生じさせる加振方法であって、集光レンズ１２，２２にレーザーＬを照射する第１の工程Ｓ１１と、内部空間１１ａ，２１ａにレーザーＬを集光することによりＬＩＰ衝撃波Ｗｉを生じさせる第２の工程Ｓ１２と、他方の端部１１ａ１，２１ａ１からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する第３の工程Ｓ１３と、を含んでいる。
　加振装置１０，２０及び加振方法Ｍ１０において、衝撃波管１１，２１は、集光点Ｐｆにおいて生じたＬＩＰ衝撃波Ｗｉをガイドしながら端部１１ａ２，２１ａ２まで伝搬させ、端部１１ａ２，２１ａ２からＬＩＰ衝撃波Ｗｉを出力する。したがって、加振装置１０，２０では、端部１１ａ２，２１ａ２をターゲットＴの表面Ｔｓに向けることによって、伝搬方向が揃ったＬＩＰ衝撃波Ｗｉを表面Ｔｓに印加することができる。その結果、加振装置１０，２０及び加振方法Ｍ１０は、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉを用いてターゲットＴを加振する技術において、特許文献１に記載された技術よりもターゲットＴを加振する効率を高めることができる。
　また、細矢　直基，吉田　侑樹，前田　真吾，梶原　逸朗，Dynamics and Design Conference 2020 講演論文集，[No.20-11]，2020.9.1-4.に記載された音響レンズを用いる技術においては、所定の振動強度を得るために、次の２つの要件を満たすことが求められる。１つ目の要件は、音響レンズが有する２つの焦点のうち一方の焦点においてレーザーＬが集光するように、光学系を調整することである。２つ目の要件は、音響レンズが有する２つの焦点のうち他方の焦点が表面Ｔｓに一致するように、音響レンズを配置することである。
　加振装置１０，２０及び加振方法Ｍ１０において、衝撃波管１１，２１によりガイドされたＬＩＰ衝撃波Ｗｉは、衝撃波管１１，２１の中心軸に沿って出力される。すなわち、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉは、指向性を有した状態で出力される。したがって、加振装置１０，２０及び加振方法Ｍ１０において得られる振動強度は、内部空間１１ａ，２１ａにおける集光点Ｐｆの位置に依存しにくいし、端部１１ａ２，２１ａ２と表面Ｔｓとの距離にも依存しにくい。
　また、加振装置１０，２０は、レーザーＬを出射するレーザー光源１３，２３と、レーザーＬを集光レンズ１２，２２に結合させる光学系と、を更に備えている、ことが好ましい。当該光学系は、加振装置１０においては、コリメートレンズ１４であり、加振装置２０においてはコリメートレンズ２４及び光ファイバ２６である。
　この構成によれば、レーザーＬを内部空間１１ａ，２１ａ内の集光点Ｐｆにおいて確実に集光させることができる。
　また、加振装置１０，２０においては、内部空間１１ａ，２１ａのうち、少なくとも集光点Ｐｆから端部１１ａ２，２１ａ２に至る第２の区間Ｓ２の内壁は、段差のない滑らかな曲面により構成されている、構成が採用されている。
　この構成によれば、第２の区間Ｓ２に構造的な不連続が存在しないため、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉに生じ得る損失を低減することができる。
　また、加振装置１０，２０においては、内部空間１１ａ，２１ａのうち、少なくとも集光点Ｐｆから端部１１ａ２，２１ａ２に至る第２の区間Ｓ２の内壁には、レーザーＬを吸収する吸収部（本実施形態では、吸収処理層１１４，２１４）が設けられている、構成が採用されている。
　この構成によれば、集光点ＰｆにおいてＬＩＰ衝撃波Ｗｉを生じさせたあとのレーザーを吸収部が吸収するので、衝撃波管１１，２１の外部に漏れ出すレーザーを低減することができる。
　〔第２の実施形態〕
　本発明の第２の実施形態に係る検査システムＳについて、図５を参照して説明する。図５は、検査システムＳのブロック図である。
　図５に示すように、検査システムＳは、加振装置１０と、制御部３０と、レーザードップラー振動計４０と、を備えている。
　導入管Ｃ１３に備えられた光ファイバは、励起光源Ｅ１３から加振装置１０に励起光を供給するためのものである。なお、励起光源Ｅ１３は、制御部３０が生成する制御信号により制御される。ケーブルＣ４０は、制御部３０とレーザードップラー振動計４０とを接続するケーブルである。ケーブルＣ４０は、制御部３０が生成する制御信号であって、レーザードップラー振動計４０を制御する制御信号をレーザードップラー振動計４０に伝送する。また、ケーブルＣ４０は、レーザードップラー振動計４０が測定した振動を表す振動信号を制御部３０に伝送する。
　加振装置１０については、図１及び図２を参照して説明したので、本実施形態ではその説明を省略する。なお、検査システムＳにおいては、加振装置１０に代えて図３に示す加振装置２０を用いることもできる。
　検査システムＳを用いる作業者（図５には図示を省略）は、端部１１ａ２をターゲットＴの表面Ｔｓに向けた状態で、加振装置１０を保持する。
　制御部３０は、レーザー光源１３に対して、パルス状のレーザーＬを生成するための制御信号を送信する。その結果、加振装置１０は、衝撃波管１１の中心軸方向に沿って伝搬するＬＩＰ衝撃波Ｗｉを、端部１１ａ２から出力する（図１参照）。
　レーザードップラー振動計４０は、ターゲットＴの表面Ｔｓにおける振動を計測する振動計測装置の一例である。レーザードップラー振動計４０は、表面Ｔｓに接触することなく、表面Ｔｓにおける振動を測定することができる。ただし、振動計測装置は、レーザードップラー振動計４０に限定されるものではなく、レーザー変位計であってもよい。レーザードップラー振動計４０及びレーザー変位計は、非接触式の振動計測装置である。また、振動計測装置は、加速度センサーのような接触式振動計測装置であってもよい。
　なお、加振装置１０とレーザードップラー振動計４０とは、図５に示すように各々が独立した状態で構成されていてもよいし、一体化されていてもよい。
　検査システムＳは、加振装置１０を備えているので、加振装置１０と同様の効果を奏する。また、検査システムＳは、レーザードップラー振動計４０を用いて表面Ｔｓにおける振動を計測することができる。したがって、検査システムＳは、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉを用いて、レーザー打音検査を実施することができる。
　レーザー打音検査は、道路のトンネルに代表される構造物の内部に欠陥が生じているか否かを、非接触且つ非破壊で検査する手法である。したがって、ターゲットＴの例としては、コンクリート壁、タイル壁、鉄筋筋、金属柱、金属管、タイル、及び、果物等の打音検査の対象物が挙げられる。本実施形態では、図５に示すように、内部に欠陥Ｔｄがあらかじめ設けられたコンクリート供試体をターゲットＴとして採用している。また、ＬＩＰ衝撃波Ｗｉを用いたレーザー打音検査は、表面Ｔｓに傷を付けない。したがって、検査システムＳは、表面に装飾用のタイルが貼られているターゲットＴや、表面に装飾用の絵画が描かれているターゲットＴなどに対してもレーザー打音検査を実施することができる。
　また、加振装置１０は、作業者が保持した状態で端部１１ａ２の向きを調整することによって、ＬＩＰ衝撃波ＷｉをターゲットＴの表面Ｔｓに印加し、レーザー打音検査を実施することができる。これは、例えば、国際公開第２０１９／１８９４２９号の図１に記載されたレーザー誘起振動波計測システムと検査システムＳを比較した場合に、加振装置１０においては、レーザーを走査するためのガルバノスキャナユニットや２軸ミラーユニットなどを省略することができるためである。したがって、検査システムＳは、従来のレーザー打音検査を実施する検査システムと比較して、小型化することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
（まとめ）
　本発明の第１の態様に係る加振装置は、集光レンズと、内部空間の一方の端部が前記集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管であって、前記集光レンズを介してレーザーが供給され、前記他方の端部からレーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する衝撃波管と、を備えている。当該加振装置において、前記集光レンズは、前記レーザーを前記衝撃波管の内部空間において集光させる、ように構成されている。
　上記の構成によれば、衝撃波管は、集光点において生じたＬＩＰ衝撃波をガイドしながら内部空間の他方の端部まで伝搬させ、他方の端部からＬＩＰ衝撃波を出力する。したがって、当該加振装置では、他方の端部をターゲットの表面に向けることによって、伝搬方向が揃ったＬＩＰ衝撃波をターゲットの表面に印加することができる。その結果、当該加振装置は、ＬＩＰ衝撃波を用いてターゲットを加振する技術において、非特許文献１に記載された音響レンズを用いる技術よりもターゲットを加振する効率を高めることができる。
　本発明の第２の態様に係る加振装置は、上述した第１の態様に係る加振装置の構成に加えて、前記レーザーを出射するレーザー光源と、前記レーザーを前記集光レンズに結合させる光学系と、を更に備えている、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、レーザーを衝撃波管の内部空間において確実に集光させることができる。
　本発明の第３の態様に係る加振装置は、上述した第１の態様又は第２の態様に係る加振装置の構成に加えて、前記内部空間のうち、少なくとも、前記レーザーが集光される集光点から前記他方の端部に至る区間の内壁には、前記レーザーを吸収する吸収部が設けられている、構成が採用されている。
　上記の構成によれば、集光点においてレーザー誘起プラズマを生じさせたあとのレーザーを吸収部が吸収するので、衝撃波管の外部に漏れ出すレーザーを低減することができる。
　本発明の第４の態様に係る検査システムは、上述した第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る加振装置であって、前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を用いてターゲットを加振する加振装置と、前記ターゲットの表面における振動を計測する振動計測装置と、を備えている。
　当該検査システムは、本発明の第１の態様～第３の態様の何れか一態様に係る加振装置と同様の効果を奏する。また、本検査システムは、振動計測装置を用いてターゲットの表面における振動を計測することができる。したがって、本検査システムは、ＬＩＰ衝撃波を用いてレーザー打音検査を実施することができる。
　本発明の第５の態様に係る加振方法は、内部空間の一方の端部が前記集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管を用いてレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる加振方法である。当該加振方法は、前記集光レンズにレーザーを照射する第１の工程と、前記衝撃波管の内部空間にレーザーを集光することによりレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる第２の工程と、前記他方の端部から前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する第３の工程と、を含んでいる。
　当該検査方法は、本発明の第１の態様に係る加振装置と同様の効果を奏する。
　本発明の第１～第６の実施例と、第１及び第２の比較例とについて、図６～図１６を参照して説明する。図６は、第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法を示す模式図である。
　図７の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の比較例及び第２の比較例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。図８の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１～第３の実施例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。図９の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第４～第６の実施例の加振方法により得られた振動強度の時間依存性を示すグラフである。
　図１０の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第１の比較例及び第２の比較例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。図１１の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、本発明の第１～第３の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。図１２の（ｄ）～（ｆ）は、それぞれ、本発明の第４～第６の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルを示すグラフである。
　図１３は、第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動のパワースペクトルにおける基本振動モードの強度比を示すグラフである。なお、図１３では、図１０～図１２に図示するパワースペクトルのうち周波数が１４００Ｈｚ近傍の振動モードを基本振動モードとして用いた。
　図１４は、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力の時間依存性を示すグラフである。
　図１５は、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力のピーク強度を示すグラフである。図１６は、第１の比較例、第２の比較例、及び、本発明の第１～第３の実施例の加振方法を実施したタイルの表面を示す画像である。
　本発明の第１～第６の実施例と、第１及び第２の比較例とにおいては、レーザーＬを出射するレーザー光源として据え置き型のパルスＹＡＧレーザー光源を採用した。図６の上段に示すように、第１の比較例の加振方法では、レーザーアブレーション（Laser ablation, LA）法を用いた。具体的には、集光レンズＬｃを用いて、レーザーＬを集光点Ｐｆに集光する。ここで、集光レンズＬｃは、集光レンズ１２と同様に構成されたレンズである。第１の比較例の加振方法では、集光点ＰｆをターゲットＴの表面Ｔｓに一致させることによって、表面ＴｓにおけるＬＡを生じさせる。表面Ｔｓは、ＬＡの反作用により加振される。
　図６の中段に示すように、第２の比較例の加振方法では、ＬＩＰ衝撃波法を用いた。具体的には、集光レンズＬｃを用いて、レーザーＬを集光点Ｐｆに集光する。第２の比較例の加振方法では、集光点Ｐｆと表面Ｔｓとの距離を３０ｍｍとした。表面Ｔｓは、集光点ＰｆにおいてＬＩＰ衝撃波により加振される。
　図６の下段に示すように、本発明の第１～第６の実施例の加振方法では、加振方法Ｍ１０（図４参照）を用いた。加振装置１０において、第２の区間Ｓ２の長さを１０ｍｍとし、端部１１ａ２から表面Ｔｓまでの距離を２０ｍｍとした。第１～第６の実施例の各々においては、それぞれ、主管１１３の内径φ（図２の（ａ）参照）として２５ｍｍ，１５ｍｍ，１１ｍｍ，９ｍｍ，８ｍｍ，６ｍｍを採用した。
　なお、第１～第６の実施例、及び、第１及び第２の比較例の全てにおいて、レーザーＬの波長として、１０６４ｎｍを採用し、レーザーＬのパワーとして１５０ｍＪを採用した。また、ターゲットＴとして、コンクリート供試体を用いた。
　図８及び図９を参照すれば、第１～第６の実施例の加振方法を比較した場合、第３の実施例（φ＝１１ｍｍ）の加振方法が最も強く表面Ｔｓを加振できることが分かった。
　図７と図８の（ｃ）とを参照すれば、第３の実施例の加振方法は、第１及び第２の比較例よりも強く表面Ｔｓを加振できることが分かった。
　図１０～図１２の各グラフは、図７～図９の各グラフに示した振動強度の時間依存性をフーリエ変換することにより得られたパワースペクトルである。
　図１０～図１２を参照すれば、第１及び第２の比較例の加振方法と比較して、第１～第３の実施例及び第６の実施例の加振方法においては、およそ１４００Ｈｚに現れる振動の強度が大きくなることが分かった。また、第１～第６の実施例の加振方法を比較した場合、第３の実施例の加振方法において最も強い振動強度が得られたことが分かった。
　図１３は、第３の実施例の加振方法において得られた基本振動モードのピーク強度に対する、他の加振方法において得られた基本振動モードのピーク強度の比を示している。図１３を参照すれば、第１～第３の実施例及び第６の実施例の加振方法は、第２の比較例の加振方法のみならず第１の比較例の加振方法よりも強い振動強度が得られることが分かった。また、第３の実施例の加振方法により得られる振動強度は、第１の比較例の加振方法により得られる振動強度の１００倍以上であることが分かった。
　第１及び第２の比較例の加振方法と、第３の実施例の加振方法と、を実施した結果を、表１にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　また、第２の比較例、及び、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力を、ニュートンメーターを用いて測定した。図１４及び図１５を参照すれば、本発明の第１～第６の実施例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力は、何れも、第２の比較例の加振方法により得られた振動の衝撃圧力を上回ることが分かった。
　また、ターゲットＴをコンクリート供試体からタイルに変更して、第１の比較例の加振方法と、第３の実施例の加振方法とを実施した結果を図１６に示す。第３の実施例の加振方法については、ターゲットＴであるタイルの表面Ｔｓに１０回実施しても傷が付かなかった。一方、ＬＡ法を用いた第１の比較例の加振方法については、１回の実施でも傷が確認され、３回、１０回と実施した回数が多くなればなるほど傷が大きくなることが分かった。この結果から、ＬＩＰ衝撃波を用いた加振方法は、ターゲットＴの表面Ｔｓに傷を付けないことが分かった。
　Ｓ　検査システム
１０，２０　加振装置
１１，２１　衝撃波管
１１ａ，２１ａ　内部空間
１１ａ１，２１ａ１　端部（一方の端部）
１１ａ２，２１ａ２　端部（他方の端部）
１１１　レンズホルダー
１１２　アダプター
１１３　主管
１１３１，２１ｄ　内壁
１１４，２１４　吸収処理層（吸収部）
１２，２２　集光レンズ
１３，２３　レーザー光源
１４　コリメートレンズ（光学系）
２４　コリメートレンズ（光学系の一部）
１５，２５　レンズホルダー
２６　光ファイバ（光学系の一部）
３０　制御部
４０　レーザードップラー振動計（振動計測装置）
　Ｔ　ターゲット
Ｔｓ　表面

Claims (5)

  1. 　集光レンズと、
    　内部空間の一方の端部が前記集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管であって、前記集光レンズを介してレーザーが供給され、前記他方の端部からレーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する衝撃波管と、を備えており、
    　前記集光レンズは、前記レーザーを前記衝撃波管の内部空間において集光させる、
    ことを特徴とする加振装置。
  2. 　前記レーザーを出射するレーザー光源と、
    　前記レーザーを前記集光レンズに結合させる光学系と、を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の加振装置。
  3. 　前記内部空間のうち、少なくとも、前記レーザーが集光される集光点から前記他方の端部に至る区間の内壁には、前記レーザーを吸収する吸収部が設けられている、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加振装置。
  4. 　請求項１に記載の加振装置であって、前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を用いてターゲットを加振する加振装置と、
    　前記ターゲットの表面における振動を計測する振動計測装置と、を備えている、
    ことを特徴とする検査システム。
  5. 　内部空間の一方の端部が集光レンズにより密閉されており、前記内部空間の他方の端部が開放されている衝撃波管を用いてレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる加振方法であって、
    　前記集光レンズにレーザーを照射する第１の工程と、
    　前記衝撃波管の内部空間にレーザーを集光することによりレーザー誘起プラズマ衝撃波を生じさせる第２の工程と、
    　前記他方の端部から前記レーザー誘起プラズマ衝撃波を出力する第３の工程と、を含んでいる、
    ことを特徴とする加振方法。
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