(57)【要約】【課題】試験体に照射する光のパワーを増加させない状態で試験体の測定を高感度で行う。【解決手段】レーザ光を出射する光源１と、レーザ光を試験体３に入射する光と所定方向に向かう参照光とに分岐する第１の分岐部（偏光ビームスプリッタ１２）と、試験体３で反射された信号光と、所定方向とは異なる方向に向かう参照光とが合成されて形成された合成波が入射する第２の分岐部（ビームスプリッタ１５）と、第２の分岐部（ビームスプリッタ１５）を透過した合成光の一方を検出する一方の光検出部（光検出器１９、２０）と、第２の分岐部（ビームスプリッタ１５）で反射した合成光の他方を検出する他方の光検出部（光検出器２４、２５）を有し、第１の分岐部（偏光ビームスプリッタ１２）は、参照光のパワーが試験体３に入射する光のパワーより大きくなるように設定された非対称分岐比を有するレーザ計測装置（レーザ干渉計６、位相ダイバシティ光学回路７）。【選択図】図４
2018048899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を、試験体に入射する光と所定方向に向かう参照光とに分岐する第１の分岐部と、
前記試験体で反射された信号光と、前記所定方向とは異なる方向に向かう前記参照光とが合成されて形成された合成波が入射する第２の分岐部と、
前記第２の分岐部を透過した前記合成光の一方を検出する一方の光検出部と、
前記第２の分岐部で反射した前記合成光の他方を検出する他方の光検出部と、を有し、
前記第１の分岐部は、前記参照光のパワーが前記試験体に入射する光のパワーより大きくなるように設定された非対称分岐比を有することを特徴とするレーザ計測装置。
【請求項２】
前記第１の分岐部の前記非対称分岐比は、前記試験体に入射する光のパワーが前記試験体に超音波を発生させることなく、前記試験体を破壊させないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項３】
前記一方の光検出部は、第１の光検出器と第２の光検出器とを有し、
前記他方の光検出部は、第３の光検出器と第４の光検出器とを有し、
前記信号光と前記参照光の位相差が、前記第１の検出器と前記第２検出器においては１８０度、前記第３の検出器と前記第４の検出器においては１８０度、前記第１の検出器と前記第３の検出器においては９０度に設定された状態で、前記信号光と前記参照光を前記第１の光検出器乃至第４の光検出器によって干渉させ、前記第１の光検出器乃至第４の光検出器からの出力を用いて所定の演算を行って前記信号光と前記参照光との間で所定の位相差を得る位相演算部を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項４】
前記位相演算部は、前記第１の検出器と前記第２の検出器の差動信号と、前記第３の検出器と前記第４の検出器の差動信号とを除算する演算を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーザ計測装置。
【請求項５】
前記位相演算部は、前記除算する演算を行った結果に対して、さらに逆正接関数の演算を行うことを特徴とする請求項４に記載のレーザ計測装置。
【請求項６】
前記逆正接関数の演算を行って得られた信号が入力され、環境振動に起因する前記信号光と前記参照光の光路差の変動による位相変化成分を取り除く位相変化成分除去部を、さらに有することを特徴とする請求項５に記載のレーザ計測装置。
【請求項７】
前記位相変化成分除去部からの出力信号を所定のレベルまで増幅する信号増幅部を、さらに有することを請求項６に記載の特徴とするレーザ計測装置。
【請求項８】
前記第１の分岐部で分岐された前記信号光は、前記試験体に入射する前に光ファイバに入射し、この光ファイバから出射した光ビームを集光して前記試験体に入射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項９】
前記第１の分岐部の前記非対称分岐比は、前記光ファイバを損傷させないように設定されていることを特徴とする請求項８に記載のレーザ計測装置。
【請求項１０】
２光波混合素子を用いて前記参照光を前記信号光と同じ波面にする機構を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項１１】
位相共役ミラーを用いて前記信号光を前記参照光と同じ波面にする機構を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項１２】
前記非対称分岐比は、前記信号光のパワーを増加させないで、前記参照光のパワーを増加させるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ計測装置。
【請求項１３】
送信用のレーザ光を前記試験体に照射による送信部と、
請求項１に記載のレーザ計測装置を有する受信部と、
を有することを特徴とするレーザ超音波装置。
【請求項１４】
前記送信部と前記受信部とを同期させる制御部と、
前記受信部からの出力をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル信号が入力されて検出画像を作成する画像作成部と、
を有することを特徴とする請求項１３に記載のレーザ超音波装置。
【請求項１５】
前記送信部は、
送信用レーザと、前記送信用レーザのレーザ光を走査するための第１のミラーと、前記送信用レーザと前記第１のミラーとを同期させる第１の制御ユニットと、を有し、
前記受信部は、
前記レーザ計測装置の受信用レーザと、この受信用レーザのレーザ光を走査するための第２のミラーと、前記受信用レーザと前記第２のミラーとを同期させる第２の制御ユニットと、を有することを特徴とする請求項１３に記載のレーザ超音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ計測装置及びレーザ超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、レーザ超音波法は原理的に試験体に非接触で測定できる。このため、試験体が高温、高所、高放射線場、小型、複雑形状部など接触が困難な場合や、近接性が悪く遠隔操作による測定手法が求められる場合に適している。よって、レーザ超音波法は、今後様々な分野への応用が期待されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
レーザによる超音波送信は、時間的にパルス状のレーザ光（送信用レーザ）を試験体に照射することで行なう。レーザ光のパワー密度が小さい場合には、表面微小領域の急加熱急冷却過程により熱応力が発生する。そして、発生した熱応力が材料の歪み元となって超音波信号が発生する（熱弾性モード）。
【０００４】
一方、レーザ光のパワー密度が大きいと、試験体の対象表面層がプラズマ化し、プラズマ膨張の反作用として試験体に圧力が加わって振動が発生する（アブレーションモード）。
【０００５】
また、レーザによる超音波受信には、超音波受信用のレーザ光（受信用レーザ）の干渉性を利用して、超音波によって誘起される受信点の表面変位または振動速度を検出する技術が用いられている。レーザによる超音波信号検出用法として、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計、位相共役光学素子を用いた干渉計、ナイフエッジ法などが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。これらレーザによる超音波送受信技術を組み合わせることで、非接触の超音波送受信法であるレーザ超音波法を実現することができる。
【０００６】
これに関連する技術として、例えば、特開２０１４−１０９４８１号公報（特許文献１）、特開２０１４−１６００５７号公報（特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１０９４８１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６００５７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓ．Ｋｒｉｓｈｎａｓｗａｍｙ．：“Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｌａｓｅｒ−Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｑｅ．ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ．ｅｄｕ／ｓｋ／ＳＫ−Ｐａｐｅｒｓ／Ｂ５＿ｌｕｔｃｈａｐｔｅｒ＿２００３．ｐｄｆ
【非特許文献２】Ｒ．Ｊ．Ｄｅｗｈｕｒｓｔ  ｅｔ  ａｌ．：“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｍｏｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ”，Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１３９−１６８  （１９９９）．
【非特許文献３】Ｙ．Ｋ．Ａｎ  ｅｔ  ａｌ．：“Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ  ｌａｓｅｒ  ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｃｒａｃｋ  ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｐｌａｔｅ”，Ｓｍａｒｔ  Ｍａｔｅｒ．Ｓｔｒｕｃｔ．，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．１−１０  （２０１３）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記レーザ超音波法において、非破壊測定のためには熱弾性モードである必要があり、送信信号は小さくなる。また、レーザ干渉計を用いた受信計は接触型センサと比較して受信感度が低い。従って、レーザ超音波法は、通常の送受信に接触型超音波センサを用いる場合と比較して、測定感度が低い欠点がある。
【００１０】
この欠点を克服する方法として、受信用レーザのレーザパワーを大きくすることが考えられる。しかし、受信用レーザのレーザパワーを大きくする場合、受信用レーザによる新たな超音波発生や光ファイバプローブを用いる場合の光ファイバ損傷を引き起こす懸念がある。
【００１１】
また、マイケルソン干渉計（図１参照）や位相共役光学素子を用いた干渉計からなるレーザ受信系において、超音波によって試験体に誘起される変位による位相変化φUT（ｔ）は、次式のとおり、信号強度I（ｔ）に変換される。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
ここで、Iｒは参照光Ｐｒによる光電流、Iｓは信号光Pｓによる光電流、φ０ (t)は超音波による変位が無い場合の参照光と信号光の位相差、φUT(t)は超音波誘起の変位による位相変化である。
【００１４】
ここで、図１に示すマイケルソン干渉計は、試験体３にレーザ光を照射するためのレーザ１、ビームスプリッタ２、反射ミラー４及び光検出器５を有する。
【００１５】
レーザ１から出射した光は、ビームスプリッタ２によって２つのビームに分離され、一方は入射光PIとして試験体３に向かい、他方は反射ミラー４に向かう。一方の光PIは、試験体３に照射されてから反射され、その反射光（信号光）Pｓはビームスプリッタ２を透過する。ビームスプリッタ２を透過した光（参照光）は反射ミラー４によって反射され、今度はビームスプリッタ２によって反射され、信号光Pｓと合成された合成波として光検出器５に方向に向かう。
【００１６】
この場合、図２に示すとおり、信号Ｉ（ｔ）の振幅は動作点φ0（ｔ）に大きく依存する。動作点が±π／２＋２ｎπ（ｎは整数）のとき信号は最大になり（動作点１の場合）、その他（動作点２の場合）では小さくなる。このような状況下においては、試験体３に照射するレーザパワーを増加させることなく、信号光を増幅させて検出感度を高くすることが求められている。
【００１７】
この点に関して、上記特許文献１には、レーザ光を分岐する分岐手段として、偏光ビームスプリッタ１０６が開示されているが、試験体に照射するレーザパワーを増加させることなく信号光を増幅することについては記載されていない。
【００１８】
また、上記特許文献２には、レーザ光を分岐する分岐手段として、偏光ビームスプリッタ４０４が開示されているが、試験体に照射するレーザパワーを増加させることなく信号光を増幅することについては記載されていない。
【００１９】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するものであり、その目的は、試験体に照射する信号光のパワーを増加させない状態で試験体にレーザ光を照射することにより試験体の測定を高感度で行うことが可能なレーザ計測装置及びレーザ超音波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一態様に係るレーザ計測装置は、レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光を、試験体に入射する光と所定方向に向かう参照光とに分岐する第１の分岐部と、前記試験体で反射された信号光と、前記所定方向とは異なる方向に向かう前記参照光とが合成されて形成された合成波が入射する第２の分岐部と、前記第２の分岐部を透過した前記合成光の一方を検出する一方の光検出部と、前記第２の分岐部で反射した前記合成光の他方を検出する他方の光検出部と、を有し、前記第１の分岐部は、前記参照光のパワーが前記試験体に入射する光のパワーより大きくなるように設定された非対称分岐比を有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の態様に係るレーザ超音波装置は、送信用のレーザ光を前記試験体に照射による送信部と、前記レーザ計測装置を有する受信部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、試験体に照射する信号光のパワーを増加させない状態で試験体にレーザ光を照射することにより試験体の測定を高感度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】関連技術としてのマイケルソン干渉計を示す模式図である。
【図２】図１のマイケルソン干渉計の場合の信号強度と位相の関係を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）のブロック図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るレーザ計測装置（レーザ干渉計と位相ダイバシティ光学回路）のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光ファイバプローブ型のレーザ計測装置のブロック図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る２光波混合素子を用いたレーザ計測装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る位相共役ミラーを用いたレーザ計測装置のブロック図である。
【図８】本発明の実施形態５に係るレーザ計測装置を用いたレーザ超音波装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施形態１】
【００２５】
最初に、本発明の実施形態１に係るレーザ計測装置について、図３及び図４を用いて説明する。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態１に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）を実現するための全体のブロック図を示したものである。本レーザ計測装置は、レーザ干渉計６、位相ダイバシティ光学回路７、位相演算回路８、ハイパスフィルタ９（低周波成分除去部）及び信号増幅器１０を有する。
【００２７】
まず、図４を参照して、レーザ計測装置を構成するレーザ干渉計６と位相ダイバシティ光学回路７について説明する。実施形態１では、干渉計としてマイケルソン干渉計を用いるが、その他のマッハツェンダー干渉計を用いても良い。
【００２８】
上記実施形態１では、レーザ計測装置（レーザ干渉計６と位相ダイバシティ光学回路７）は、レーザ光を出射する光源１と、レーザ光を試験体３に入射する光と所定方向に向かう参照光とに分岐する第１の分岐部（偏光ビームスプリッタ１２）と、試験体３で反射された信号光と、所定方向とは異なる方向に向かう参照光とが合成されて形成された合成波が入射する第２の分岐部（ビームスプリッタ１５）と、第２の分岐部（ビームスプリッタ１５）を透過した合成光の一方を検出する一方の光検出部（光検出器１９、２０）と、第２の分岐手段（ビームスプリッタ１５）を反射した合成光の他方を検出する他方の光検出部（光検出器２４、２５）を有する。そして、第１の分岐部（偏光ビームスプリッタ１２）は、参照光のパワーが試験体３に入射する光のパワーより大きくなるように設定された非対称分岐比を有する。このような構成の下、試験体３に照射する光のパワーを増加させない状態で試験体３からの信号光を高感度で行うことができる。
【００２９】
具体的には、レーザ１から出射した光は、第１のλ／２板１１を透過することによって、偏光方向が４５度回転させられる。偏光の回転した光は、第１の偏光ビームスプリッタ１２によって直交する２つの直線偏光に分離され、一方は試験体３に照射する入射光に、他方は参照光となる。
【００３０】
ここで、上述のように、第１の偏光ビームスプリッタ１２（第１の分岐部）は、参照光のパワーが入射光のパワーより大きくなるように、非対称分岐比を有する。この非対称分岐比は、例えば１０：１のように大きくすることが望ましい。
【００３１】
一方の偏光光は反射されて第１のλ／４板１３を透過することによって円偏光に変換された後、集光レンズ１４で集光され試験体３に照射される。試験体３からの反射光（信号光）は、集光レンズ１４で再び平行光に戻され、第１のλ／４板１３で直線偏光に戻される。しかし、試験体３での反射によって、円偏光の回転方向が反転するため、直線偏光の方向は元の光と直交する。このため、信号光は第１の偏光ビームスプリッタ１２（第１の分岐部）を透過し、ビームスプリッタ１５（第２の分岐部）の方向に向かう。
【００３２】
最初に第１の偏光ビームスプリッタ１２を透過した偏光方向の光（参照光）は、第２のλ／４板１６を透過し円偏光に変換され、反射ミラー４によって反射される。そして、信号光と同様に第２のλ／４板１６によって元の参照光と直交する直線偏光に変換される。このため、今度は第１の偏光ビームスプリッタ１２によって反射され、信号光と合成されてビームスプリッタ１５の方向に向かう。
【００３３】
このとき、信号光と参照光は、互いに偏光方向が直交した状態で合成されている。合成光の一方は、ハーフミラーであるビームスプリッタ１５を透過し、第２のλ／２板１７によって、偏光方向を４５度回転させられる。その後、偏光ビームスプリッタ１８によって直交する直線偏光に分離され、第１の光検出器１９（ＰＤ１）と第２の光検出器２０（ＰＤ２）によって検出される。
【００３４】
検出器ＰＤ１では、参照光Ｅｒと信号光ＥｓのＰ偏光方向の射影成分が検出され、ＰＤ２では参照光Ｅｒと信号光ＥｓのＳ偏光方向の射影成分が検出される。その結果、検出器ＰＤ１と検出器ＰＤ２で検出される信号を数式で表すとそれぞれ、次のようになる。
【００３５】
【数２】
2018048899.tif 000004
【００３６】
【数３】
2018048899.tif 000005
【００３７】
この合成光のもう一方は、ハーフミラーであるビームスプリッタ１５で反射され、第３のλ／４板２１によって信号光と参照光の間に９０度の位相差を与えられる。その後、第３のλ／２板２２によって、偏光方向を４５度回転させられ、ビームスプリッタ２３によって直交する直線偏光に分離され、第３の検出器２４（ＰＤ３）と第４の光検出器２５（ＰＤ４）によって検出される。この場合、ＥｒとＥｓの間に９０度の位相差がついており、検出器ＰＤ３と検出器ＰＤ４で検出される信号を数式で表すとそれぞれ、次のようになる。
【００３８】
【数４】
2018048899.tif 000006
【００３９】
【数５】
2018048899.tif 000007
【００４０】
数４、数５中の（１＋j）、（１−j）はλ／４板でＥｓ、Ｅｒに±４５度（９０度の差）の位相差がつけられていることを表している。ここで、ｊは虚数単位である。
【００４１】
次に、ＰＤ１とＰＤ２、ＰＤ３とＰＤ４でそれぞれ差動信号をとると、
【００４２】
【数６】
2018048899.tif 000008
【００４３】
【数７】
2018048899.tif 000009
【００４４】
となり、信号光振幅強度と参照光振幅強度の積の形の信号が得られる。これは、参照光（｜Ｅｒ｜）の強度を大きくすれば大きな信号出力を得られることを示している。ここで、数６と数７にはsine、cosineの項が掛かっており、これは、信号光と参照光の間の位相差を表している。ところが、環境振動などにより、参照光と信号光は光路長が絶え間なく変化するため、数６と数７の位相項が確定せず、信号Ｓ１、Ｓ２は大きく変化してしまう。
【００４５】
そこで、本発明の実施形態では、数６と数７を用いてそれらの除算演算を行い、さらに逆正接関数の演算を行って信号を得ることとする（位相演算回路８）。
【００４６】
【数８】
2018048899.tif 000010
【００４７】
このように演算を行うことにより、信号光と参照光の位相差そのものが得られるため、安定して確実に一定の信号を得ることができる。信号Ｓ１と信号Ｓ２の信号強度が各信号が入射する光検出器の雑音レベルに比べて同等またはそれ以下の場合、ＳＮ比（信号対雑音比）が劣化する。しかし、数６と数７から分かるとおり、参照光（｜Ｅｒ｜）を大きくすることで、Ｓ１とＳ２を増幅できる。
【００４８】
従って、本発明の実施形態では、参照光を大きくすることで、ＳＮ比を向上することができる。ここで、数６と数７から、信号光（｜Ｅｓ｜）を大きくすることでも、同様の効果を得ることができる。しかし、信号光を増幅するためには、試験体３への入射光パワーを増加させる必要がある。その場合、試験体３に新たな超音波信号が発生する可能性がある。
【００４９】
本発明の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）をレーザ超音波装置の受信計として用いる場合、送信用レーザで誘起される超音波に加えて、受信計用レーザによる超音波発生は雑音の原因となる。
【００５０】
さらに、本発明の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）を光ファイバプローブ化する場合、入射光パワーの増加は光ファイバを損傷させる可能性がある。従って、本発明の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）において、試験体への入射光パワーを増加させずに、参照光のパワーのみを増加させることで所望の信号を増幅することができる。
【００５１】
次に、数８で得られた位相の時間変化の信号は、超音波の周波数（１００ＫＨｚ以上）成分を透過することができるハイパスフィルタ９に入力され、環境振動起因の信号光と参照光の光路差の変動による位相変化成分（１００ＫＨｚ以下）が取り除かれる。最後に、ハイパスフィルタ９からの出力信号は信号増幅器１０により所望のレベルまで増幅される。
【実施形態２】
【００５２】
次に、図５を参照して、本発明の実施形態２に係るレーザ計測装置について説明する。図５は、光ファイバプローブ型のレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）の模式図である。
【００５３】
レーザ干渉計６からの入射光は、集光レンズ２６で集光され、偏波保持光ファイバ２７に結合し、偏波保持光ファイバ２７からの出射光は集光レンズ２８で集光され、試験体３に照射される。
【００５４】
上記第実施形態１と同様、レーザ干渉計６からの信号光と参照光は位相ダイバシティ光学回路７に入力され、その後、位相演算回路８、ハイパスフィルタ９、信号増幅器１０により信号が取得される。通常、レーザ干渉計６は光学系の光軸合わせが困難であるため、偏波保持光ファイバ２７を用いたプローブ化を行うことで、光軸合わせが不要になる。
【００５５】
上記第実施形態１でも述べたとおり、本発明の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）では、試験体３への照射光のパワーを増加する必要がなく、参照光のパワーを増加することで信号を増幅することができる。従って、偏波保持光ファイバ２７に高いパワーの光を入射して偏波保持光ファイバ２７を損傷させることがなく、偏波保持光ファイバ２７のプローブ化が容易にできる。
【実施形態３】
【００５６】
次に、図６を参照して、本発明の実施形態３に係るレーザ計測装置について説明する。
【００５７】
図６に、本発明の実施形態３に係る２光波混合素子を用いて参照光を信号光と同じ波面にする機構を有するレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）を示す。２光波混合素子を用いて参照光を信号光と同じ波面にする機構に関しては、上記非特許文献２に記載されている。
【００５８】
試験体３の表面が粗面の場合、試験体３からの反射光（信号光）は散乱され、信号光の波面は参照光の平面波の波面と異なる。この波面の違いは、参照光と信号光の干渉効果を弱める。そこで、上記非特許文献２に開示されている方法を用いることで、参照光の波面を散乱された信号光の波面に一致させることができる。
【００５９】
上記非特許文献２に開示されている方法を本発明の実施形態に適用することで、表面が粗面である試験体の場合でも、高感度に計測できるレーザ干渉変位計を提供できる。
【００６０】
以下、図６を参照して、本発明の実施形態３に係るレーザ計測装置の構成について説明する。
【００６１】
レーザ１から出射された光は、λ／２板２６を通り、偏光ビームスプリッタ２７（第１の分岐部）で、偏光ビームスプリッタ２７を反射する光（参照光）のパワーが透過する光のパワーより大きくなるように非対称比に分岐される。偏光ビームスプリッタ２７を透過した光は、λ／２板２８を通り、反射ミラー４で光路が９０度変換され、偏光ビームスプリッタ２９で反射された後、λ／４板３０を透過して、集光レンズ１４で集光され、試験体３に照射される。試験体３で散乱された反射光（信号光）は再び集光レンズ１４で平行光になり、λ／４板３０、偏光ビームスプリッタ２９、λ／２板３１を透過後、２光波混合素子３２に入射される。
【００６２】
２光波混合素子３２の材料として、フォトリフラクティブ材料であるニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ３)、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの強誘電性酸化物、または、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓなどの量子井戸化合物半導体を使用するのが好ましい。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ２７を反射した光（参照光）は２光波混合素子３２に入射され、信号光によって誘起された２光波混合素子３２におけるフォトリフラクティブ効果により、参照光の波面は信号光の波面に変換される。従って、参照光の波面と信号光の波面は同じになり、位相ダイバシティ光学回路７に入射される。その他の動作は、上記第実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【実施形態４】
【００６４】
次に、図７を参照して、本発明の実施形態４に係るレーザ計測装置について説明する。
【００６５】
図７に、本発明の実施形態４に係る位相共役ミラーを用いて信号光を参照光と同じ波面にする機構を有するレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）を示す。位相共役ミラー３５を用いて信号光を参照光と同じ波面にする機構に関しては、非特許文献２に記載されている。
【００６６】
試験体３の表面が粗面の場合、試験体３からの反射光（信号光）は散乱され、信号光の波面は参照光の平面波の波面と異なる。この波面の違いは、参照光と信号光の干渉効果を弱める。そこで、非特許文献２に開示されている方法を用いることで、散乱された信号光の波面を参照光の波面（すなわち、平面波）に一致させることができる。この非特許文献２に開示されている方法を本発明の実施形態に適用することにより、表面が粗面である試験体３の場合でも、高感度に計測できるレーザ計測装置（レーザ干渉変位計）を提供できる。
【００６７】
以下、図７を参照して、本発明の実施形態４に係るレーザ計測装置の構成について詳細に説明する。
【００６８】
レーザ１から出射された光は、λ／２板２６を通り、偏光ビームスプリッタ２７（第１の分岐部）で、偏光ビームスプリッタ２７を反射する光（参照光）のパワーが透過する光のパワーより大きくなるように非対称比に分岐される。偏光ビームスプリッタ２７を透過した光は、λ／４板３０を通り、反射ミラー３３で光路が変換され、その後、さらに反射ミラー３４で光路が変換され、試験体３に照射される。その後、試験体３で散乱された反射光（信号光）は集光レンズ１４で位相共役ミラー３５に入射される。
【００６９】
位相共役ミラー３５の材料として、フォトリフラクティブ材料であるニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ３)、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの強誘電性酸化物、または、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓなどの量子井戸化合物半導体を使用するのが好ましい。
【００７０】
位相共役ミラー３５から反射された信号光は、集光レンズ１４、試験体３、反射ミラー３４、反射ミラー３３、λ／４板３０を通り、偏光ビームスプリッタ２７で反射される。その際、信号光の波面は散乱光の波面から平面波に変換され、参照光の波面と同じになる。
【００７１】
一方、偏光ビームスプリッタ２７を反射した光（参照光）は、λ／４板２１を通り、反射ミラー４で反射され、再びにλ／４板２１を通り、偏光ビームスプリッタ２７を通って、平面波に戻った信号光と一緒に位相ダイバシティ光学回路７に入射される。その他の動作は、上記実施形態１と同様であるので、その説明は省略する。
【実施形態５】
【００７２】
次に、図８を参照して、本発明の実施形態５に係るレーザ超音波装置について説明する。
【００７３】
図８に示す実施形態５に係るレーザ超音波装置は、図３に示す第１の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計４０）を有するレーザ超音波装置である。ここで示す基本構成は、上記非特許文献３に記載されている。
【００７４】
第５の実施形態に係るレーザ超音波装置は、送信ユニット３９、受信ユニット４３、制御ユニット４４、Ａ／Ｄ変換器４５、画像化装置（画像作成部）４６から構成される。送信用ユニット３９は、送信用レーザ３６、送信用レーザ光を走査するためのガルバノミラー３７とそれらを同期するために必要な制御ユニット３９から構成される。
【００７５】
受信ユニット４３は、本発明の実施形態に係るレーザ計測装置（レーザ干渉変位計４０）の受信用のレーザ１と、このレーザ光を走査するためのガルバノミラー４１とそれらを同期するために必要な制御ユニット４２から構成される。送信ユニット３９と受信ユニット４３の同期は制御ユニット４４が行う。受信ユニット４３からの出力はＡ／Ｄ変換器４５でアナログ信号からデジタル信号に変換され、画像化装置４６で検出画像が作成される。
【００７６】
上述のように、本発明の実施形態によれば、試験体に照射するレーザパワーを増加させることなく、信号光を増幅することができ、検出感度を高くすることができる。さらに、超音波によって誘起される試験体の変位を、参照光と信号光の位相差として位相を検出するため、超音波以外の要因（例えば、環境振動）による参照光と信号光の位相差に依存することなく、安定して信号光を検出することができる。
【００７７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  レーザ
２  ビームスプリッタ
３  試験体
４  反射ミラー
５  光検出器
６  レーザ干渉計
７  位相ダイバシティ光学回路
８  位相演算回路
９  ハイパスフィルタ
１０  信号増幅器
１１  λ／２板
１２  偏光ビームスプリッタ
１３  λ／４板
１４  集光レンズ
１５  ビームスプリッタ
１６  λ／４板
１７  λ／２板
１８  偏光ビームスプリッタ
１９  光検出器
２０  光検出器
２１  λ／４板
２２  λ／２板
２３  ビームスプリッタ
２４  光検出器
２５  光検出器
２６  λ／２板
２７  偏光ビームスプリッタ
２８  λ／２板
２９  偏光ビームスプリッタ
３０  λ／４板
３１  λ／２板
３２  ２光波混合素子
３３  反射ミラー
３４  集光レンズ
３５  位相共役ミラー
３６  送信用レーザ
３７  ガルバノミラー
３８  制御ユニット
３９  送信ユニット
４０  本発明のレーザ干渉変位計
４１  ガルバノミラー
４２  制御ユニット
４３  受信ユニット
４４  制御ユニット
４５  Ａ／Ｄ変換器
４６  画像化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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