(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、
前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、
前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を受光する照射・集光機構と、
前記照射・集光機構で集光された前記反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系と、
前記受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、
前記信号変換手段の出力信号を信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置と、
前記第１のレーザ光の照射により発生し、周辺環境媒質を伝播して前記受信光学系にて受信され、前記超音波信号よりも大振幅な信号成分の振幅を計測するリファレンス信号振幅計測手段と、
前記リファレンス信号振幅計測手段の出力が最大となるように前記照射・集光機構を駆動制御する光学系駆動制御機構と、を備えたことを特徴とするレーザ超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば小型、高温、稼動部など接触や近接が困難な原子炉の炉底部構造物を計測対象とし、その計測対象が水中環境下、粉塵環境下、狭隘環境下に設置された場合において、き裂や欠陥の検査あるいは材料評価を非接触かつ非破壊で高精度に行うことのできるレーザ超音波検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば発電プラントの機器や構造材料のき裂検査の一手法としては、レーザ超音波法が提案されている。この技術の概要については、例えば「山脇：“レーザ超音波と非接触材料評価”、溶接学会誌、第６４巻、Ｎｏ．２、Ｐ．１０４−１０８（１９９５年発行）」（例えば、非特許文献１参照）などの文献に記載されている。
【０００３】
この文献に記載されたレーザ超音波法は、多くの場合被検査材に対してパルスレーザ光を照射することで発生する熱的応力あるいは気化反力を利用して超音波を送信する一方、多くの場合連続発振する別のレーザ光を受信点に照射し、その直進性や可干渉性を利用して超音波によって誘起される変位または振動速度を受信する技術である。
【０００４】
このように超音波を用いて材料のき裂や内在欠陥を検出したりあるいは材料特性の評価を行うことは、公知の技術であるものの、レーザ超音波法によれば、これらを非接触で行うことが可能であり、さまざまな材料評価分野への応用が期待されている。
【０００５】
レーザ超音波法における超音波の送受信手法としては、いくつか異なる光学系が提案されており、特に受信用光学系としては、マイケルソン干渉法、マッハツェンダ干渉法、ファブリ・ペロー法、位相共役法、ナイフエッジ法などが提案されている。ここでは本発明に関係が深い、パルスレーザ光照射による超音波発生方法と、位相共役法を用いた超音波の受信手段について、図２３に代表的な従来のレーザ超音波検査装置のブロック構成図を示す。
【０００６】
図２３に示すように、超音波を発生させる超音波発生用レーザ光源１から発振したパルスレーザ光ＰＬは、照射光学系２を介して被検査材３表面の所定位置に所定のビーム形状で照射される。ここで、超音波発生用レーザ光源１としては、ＱスイッチＹＡＧレーザなどが多く用いられる。
【０００７】
このようにパルスレーザ光ＰＬを被検査材３表面に照射すると、被検査材３とパルスレーザ光ＰＬとの相互作用により、被検査材３には縦波、横波、表面波など種々のモードの超音波ＵＳが発生し、その超音波ＵＳは被検査材３に含まれるき裂や欠陥、あるいは被検査材３の材料特性により反射、散乱、音速変化などの現象を発生するが、ここではそれらについては詳細に論じない。いずれにせよ、ある伝播過程に基づいて伝播した超音波ＵＳが被検査材３上の任意の計測点に到達すると、その部位に変位を生じる。
【０００８】
一方、超音波ＵＳを検出するために超音波検出用レーザ光源４から発振したレーザ光ＩＬは、受信用光学系ＯＰにおける位相共役素子５に入射される。ここで、位相共役素子５の結晶としては、強誘電体結晶（ＢａＴｉＯ３、ＬｉＮｂＯ３など）、常誘電体結晶（ＢＳＯなど）、半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰなど）が使用される。
【０００９】
そして、位相共役素子５を透過したレーザ光ＩＬは、コリメータＭ１で第１の光ファイバ６に入射され、この光ファイバ６から出射したレーザ光ＩＬは、対物レンズＭ２を経て被検査材３の所望の計測点に照射される。この被検査材３に照射されたレーザ光ＩＬの散乱光（散乱成分の一部）ＳＬは、第２の対物レンズＭ３で集光され、第２の光ファイバ７、第２のコリメータＭ４を介して位相共役素子５に再び入射される。
【００１０】
通常の場合、被検査材３の表面が光学的に粗面である場合には、散乱光ＳＬの波面が歪み、干渉効率が極めて低くなって干渉信号は得られないものの、この光学系の配置においては、位相共役効果により散乱光ＳＬが干渉し、ミラー８およびレンズＭ５を介して光検出器９で比較的高効率で干渉信号を検出することができる。この光検出器９で検出された信号は、信号処理装置１０にて適宜信号処理され、表示、記録される。
【００１１】
ここで、光検出器９としては、ＰＩＮ型フォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤという）、あるいはアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）が多く用いられ、これらは第１の外部電源１１から定常的なバイアス電圧を印加することで動作する。また、位相共役素子５も第２の外部電源１２から数ｋＶ〜数十オーダーのバイアス電圧を印加することで動作し、このバイアス電圧を位相共役素子５のドリフトを抑制するためにパルス状に印加する動作モードとしている。
【００１２】
さらに、トリガー発振器１３は、超音波発生用レーザ光源１の動作タイミングと第２の外部電源１２の動作とを同期させ、超音波計測時刻で位相共役素子５において最大の干渉効率が得られるよう動作する。
【００１３】
一方、図２４に示した構造を用いて超音波送信側に比較的高いパルスエネルギーを有する超音波発生用レーザ光源１の発振光ＰＬを光ファイバに入射する手法もある。この手法は、第１および第２のレンズ系１４，１６間に微小レンズアレイ１５を配置してコリメートレンズユニットＣＬを構成することにより、焦点を拡散させ、第３の光ファイバ１７の損傷を回避するものであり、本構造を用いれば、送受信光の両方を光ファイバ伝送することも可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】山脇：“レーザ超音波と非接触材料評価”、溶接学会誌、第６４巻、Ｎｏ．２、Ｐ．１０４−１０８（１９９５年発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように従来手法によるレーザ超音波検査装置は、原理的に被検査材３が高温、高所、高放射線場、複雑形状部など接触が困難であったり近接性が悪く遠隔非接触の検査手法が求められる部位であったりする場合に有効であり、光ファイバ技術を適用することで、狭隘部や遮蔽物の内側などレーザビームを空間的に伝送することが困難な部位の場合にも効果的である。
【００１６】
しかしながら、被検査材３には、水中環境あるいは粉塵環境などの検査環境下に設置されている場合も多い。特に、水中環境下に設置された被検査材３に対して表面波を用いた検査を行う場合には、表面波信号成分の減衰による信号／ノイズ比（以下、Ｓ／Ｎ比という）の低下が懸念される。
【００１７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、水中環境下において高感度に信号を検知するとともに、ノイズを効率的に低減可能なレーザ超音波検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するため、本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置は、被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系と、前記受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、前記信号変換手段の出力信号を信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置と、を備え、前記第１のレーザ光源がＱスイッチパルスレーザ光源であって、発振するパルス光のパルス幅が１００ナノ秒から１マイクロ秒の範囲で可変なパルス幅可変レーザ光源であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置によれば、所望の周波数帯域に合わせたパルス幅の送信レーザ光を照射することで、より高いＳ／Ｎ比で超音波信号を送受信することが可能となる。
【００２０】
請求項１記載のレーザ超音波検査装置は、被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を受光する照射・集光機構と、前記照射・集光機構で集光された前記反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系と、前記受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、前記信号変換手段の出力信号を信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置と、前記第１のレーザ光の照射により発生し、周辺環境媒質を伝播して前記受信光学系にて受信され、前記超音波信号よりも大振幅な信号成分の振幅を計測するリファレンス信号振幅計測手段と、前記リファレンス信号振幅計測手段の出力が最大となるように前記照射・集光機構を駆動制御する光学系駆動制御機構と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項１記載のレーザ超音波検査装置によれば、第１のレーザ光の照射により発生し、周辺環境媒質を伝播して受信光学系にて受信され、前記超音波信号よりも大振幅な信号成分の振幅を計測するリファレンス信号振幅計測手段と、このリファレンス信号振幅計測手段の出力が最大となるように照射・集光機構を駆動制御する光学系駆動制御機構とを有することにより、信号成分よりも大振幅な環境媒質などを伝播する信号成分が観察し得る場合には、それをリファレンスとし、その信号振幅が最大となるように焦点位置を合わせることで、より高感度な信号検知が可能となる。
【００２２】
本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置は、被検査材に超音波を発生させるための第１のレーザ光を発振する第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光を前記被検査材に照射するための照射機構と、前記被検査材に発生した超音波信号を受信するために前記被検査材に照射される第２のレーザ光を発振する第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光の前記被検査材表面における反射成分を受光する照射・集光機構と、前記照射・集光機構で集光された前記反射成分から前記超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系と、前記受信用光学系において受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段と、前記信号変換手段の出力信号を信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置と、前記照射機構と前記照射・集光機構との位置関係を固定しつつ前記被検査材上の１軸方向に走査する走査手段と、を備え、前記信号処理装置においてＸ軸方向に前記走査手段による走査空間を、Ｙ軸方向に時間をとって表面波成分、体積波成分およびそれらから派生する反射・透過・回折成分を二次元表示することを特徴とする。
【００２３】
本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置によれば、き裂検査の場合には、き裂はある長さと深さを有するため、走査しながらき裂から反射・透過・回折される超音波を記録すれば、き裂に応じたあるパターンが形成される。ノイズ成分はランダムである一方、このパターンはき裂形状に応じた規則性を有するため、このように計測された二次元表示によれば、ノイズ成分と同じ程度の振幅しかない信号成分も分布形状として検知することが可能となる。
【００２４】
本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置は、前記照射・集光機構と、前記受信用光学系と、前記信号変換手段と、前記信号処理装置とから構成される受信系を複数チャンネル具備したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の実施形態のレーザ超音波検査装置によれば、微小なき裂信号を検知する場合、き裂の透過波（および場合によっては前方回折波）と反射波（および場合によっては後方回折波）の両方を検知することで信頼性を向上させることができる。そこで、請求項９記載のレーザ超音波検査装置のように受信系を複数チャンネル具備することで、多くの情報源からき裂の性状を計測し、信頼性の高いき裂検査をすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、水中環境下において高感度に信号を検知するとともに、ノイズを効率的に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態を示すブロック構成図。
【図２】図１におけるプローブを示す拡大断面図。
【図３】（Ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線断面図。
【図４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態を示すブロック構成図。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第１変形例による作用を示す説明図。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第２変形例による作用を示す説明図。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第３変形例による作用を示す説明図。
【図８】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第４変形例を示すブロック構成図。
【図９】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第３実施形態を示すブロック構成図。
【図１０】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第４実施形態を示すブロック構成図。
【図１１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態を示すブロック構成図。
【図１２】本発明の第５実施形態の動作を示すタイミングチャート。
【図１３】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第６実施形態を示すブロック構成図。
【図１４】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第７実施形態を示すブロック構成図。
【図１５】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第８実施形態を示すブロック構成図。
【図１６】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第９実施形態を示すブロック構成図。
【図１７】本発明の第９実施形態における第１の受信系に関し、き裂と平行方向の可視化結果を示す図。
【図１８】本発明の第９実施形態における第２の受信系に関し、き裂と平行方向の可視化結果を示す図。
【図１９】被検査材の実際のき裂形状を示す斜視図。
【図２０】本発明の第９実施形態における第１の受信系に関し、き裂と垂直方向の可視化結果を示す図。
【図２１】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１０実施形態を示すブロック構成図。
【図２２】本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１０実施形態による可視化結果を示す図。
【図２３】従来のレーザ超音波検査装置を示すブロック構成図。
【図２４】従来のレーザ超音波検査装置において送信側のレーザ光伝送に光ファイバを用いた例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
［第１実施形態］
図１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１実施形態を示すブロック構成図である。なお、従来の構成と同一または対応する部分には、図２３および図２４と同一の符号を用いて説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態のレーザ超音波検査装置は、被検査材３に超音波を発生させるための第１のレーザ光としてのパルスレーザ光ＰＬを発振する第１のレーザ光源である超音波発生用レーザ光源１と、パルスレーザ光ＰＬを被検査材３に照射するために図２３に示す照射光学系２が装着されたプローブ１８と、被検査材３にて発生した超音波信号を受信するために被検査材３に照射される第２のレーザ光としてのレーザ光ＩＬを発振する第２のレーザ光源である超音波検出用レーザ光源４とを備え、プローブ１８内には、上記照射光学系２の他、レーザ光ＩＬの被検査材３表面における反射成分を受光する照射・集光機構である対物レンズＭ２および第２の対物レンズＭ３が装着されている。
【００３１】
また、本実施形態のレーザ超音波検査装置は、プローブ１８内の対物レンズＭ２および第２の対物レンズＭ３で集光された上記反射成分から上記超音波に関する情報を光学的に検知するための受信用光学系ＯＰと、この受信用光学系ＯＰにおいて受信された超音波信号を電気信号に変換する信号変換手段としての光検出器９と、この光検出器９の出力信号を信号処理し、超音波の伝播に関する情報を表示および記録する信号処理装置１０とを備えている。
【００３２】
さらに、光検出器９は、第１の外部電源１１から定常的なバイアス電圧を印加することで動作し、受信用光学系ＯＰ内に設けられた位相共役素子５も第２の外部電源１２から数ｋＶ〜数十オーダーのバイアス電圧を印加することで動作する。そして、トリガー発振器１３は、超音波発生用レーザ光源１の動作タイミングと第２の外部電源１２の動作とを同期させる。
【００３３】
したがって、パルスレーザ光ＰＬによって被検査材３に励起された超音波ＵＳは、超音波検出用レーザ光源４から発振したレーザ光ＩＬの反射成分から受信用光学系ＯＰを用いて光検出器９で検知され、この光検出器９で検知した信号が信号処理装置１０において処理され、表示および記録する動作については、図２３および図２４に示す構成の動作と同様である。
【００３４】
さらに、本実施形態では、第１、第２および第３の光ファイバ６，７，１７の先端が図示しない照射光学系２、対物レンズＭ２および第２の対物レンズＭ３が装着されたプローブ１８に接続されている。
【００３５】
このプローブ１８には配管１９の一端が接続され、この配管１９の他端はポンプ２０に接続され、これらプローブ１８、配管１９およびポンプ２０により置換手段を構成し、このポンプ２０を駆動することにより、配管１９からプローブ１８に超音波発生用レーザ光源１の波長および超音波検出用レーザ光源４の波長が透過し易い、つまり透過度の高い透明の流体ＦＬとしての水を媒質（水）ＭＤ中に設置された被検査材３に流し、パルスレーザ光ＰＬ、レーザ光ＩＬの反射光および超音波ＵＳの伝播経路を流体ＦＬで置換する。
【００３６】
図２は図１におけるプローブ１８を示す拡大断面図である。なお、図２は各光系統で個別のプローブを用いた場合であり、そのうちレーザ光ＩＬの照射系統のみを示している。
【００３７】
図２に示すように、受信用のレーザ光ＩＬを伝送する第１の光ファイバ６は、プローブ１８に接続されており、レーザ光ＩＬはプローブ１８から第１および第２のプレート２１ａ，２１ｂにより支持され、かつ対物レンズＭ２を構成するコリメートレンズＭ２ａおよびＭ２ｂを経て被検査材３に照射される。
【００３８】
また、第１および第２のプレート２１ａ，２１ｂには、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように流体ＦＬを流通するための小孔２３が複数周方向に穿設されている。そして、プローブ１８には、図２に示すように流体用の配管１９もレーザ光ＩＬと流れがほぼ同軸となるよう挿入されており、この配管１９から供給された流体ＦＬがプローブ１８内を完全に満たしつつ、この流体ＦＬが複数の小孔２３から被検査材３に吹き付けられる。
【００３９】
さらに、図２および図３（Ａ），（Ｂ）に示すようにプローブ１８の先端には、円筒状に形成された第１および第２の逆流防止板２２ａ，２２ｂ…が同心状に設置されている。
【００４０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４１】
被検査材３への超音波の送信効率および超音波信号の受信感度は、それぞれ超音波発生用レーザ光源１および超音波検出用レーザ光源４の出力に応じて変化するものの、例えば透明度の低い水中環境下あるいは粉塵環境下などでは、光の伝播経路上で散乱などによる損失が生じ、効率的な信号送受信が不可能となる。
【００４２】
そこで、本実施形態では、ポンプ２０を駆動することにより、配管１９からプローブ１８に超音波発生用レーザ光源１の波長および超音波検出用レーザ光源４の波長に対して透過し易い透明な流体ＦＬとしての水を供給し、プローブ１８内を流体ＦＬで完全に満たしつつ、この流体ＦＬを複数の小孔２３から媒質（水）ＭＤ中に設置された被検査材３に吹き付け、パルスレーザ光ＰＬ、レーザ光ＩＬの反射光および超音波ＵＳの伝播経路を流体ＦＬで置換する。これにより、高効率な信号送受信が可能となる。
【００４３】
ここで、流体ＦＬの流量によっては光路および超音波伝播経路の近傍が全て流体ＦＬで置換されるものの、条件によっては逆流が生じて周辺の媒質ＭＤが光路などに混入する場合がある。つまり、水中環境を気体で置換する場合には、気体流量などによっては流路に水が巻き込まれ、置換が正常に行われない場合が懸念される。
【００４４】
そこで、本実施形態では、図２および図３（Ａ），（Ｂ）に示すようにプローブ１８の先端に円筒状に形成された第１および第２の逆流防止板２２ａ，２２ｂ…を同心状に設置して逆流を防止することで、逆流に阻害されることなく置換を十分に行うことができる。このように機械的な構造などで上記巻き込みを防止することで、幅広い条件で光路の確保が可能となる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、被検査材３が水中環境に設置されており、透明な流体の媒質が水であることにより、環境および被検査材３へ悪影響を与えることなく、高効率化な信号送受信が可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態では、３本の光ファイバ６，７，１７とそれに接続される３系統の光学系を１つのプローブ１８として統合しているが、各々独立のプローブとすることも可能である。その場合、配管１９は、各々のプローブに接続してもよく、また流量によっては１本の配管から３プローブの経路をまとめて流体を供給するようにしてもよい。さらに、図１では、流体ＦＬを光軸と平行に流しているが、配管１９の位置を変更して、被検査材３と平行に流すようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、媒質ＭＤが水であり、かつ流体ＦＬも水である場合について説明したが、これに限らず媒質ＭＤが水であり、かつ流体ＦＬが不活性気体であってもよい。この場合の流体ＦＬとしては、窒素、アルゴンなどの不活性気体を用いれば、被検査材３の材料が腐食性の金属などであっても何ら化学的作用を生じないため有効であるものの、被検査材３の材料によってはより安価な圧縮空気などを用いてもよい。
【００４８】
すなわち、この場合は、被検査材３が水中環境に設置されており、かつ検知すべき主たる超音波成分が表面波であって、透明な流体ＦＬの媒質ＭＤが表面波の伝播経路を含む範囲を置換可能な不活性気体とした場合である。
【００４９】
水中環境下においては、特に表面波を送受信する場合、被検査材３表面が水と接触していることによる減衰が生じる。そこで、光路および表面波の伝播経路を清浄な気体で置換することで、光学的に高効率な信号送受信だけでなく、超音波的にも減衰の少ない環境を形成することが可能となる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、レーザ光ＩＬの被検査材３表面に至る光路において環境に露出している部分を水で置換するようにしたが、これに限らずパルスレーザ光ＰＬの被検査材３表面に至る光路において環境に露出している部分を水で置換するようにしてもよく、要するに、レーザ光ＩＬまたはパルスレーザ光ＰＬの少なくとも一方の被検査材３表面に至る光路において環境に露出している部分を水で置換すればよい。
【００５１】
［第２実施形態］
図４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態を示すブロック構成図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明は省略するとともに、異なる構成および作用のみを説明する。その他の実施形態および変形例についても同様である。
【００５２】
本実施形態では、図１に示したレーザ超音波検査装置の構成に加えて、プローブ１８に光音響遮蔽手段としての第１の光音響遮蔽板２４が設けられている。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、第１のレーザ光としてのパルスレーザ光ＰＬの被検査材３への照射位置と、第２のレーザ光としてのレーザ光ＩＬの被検査材３への照射位置との間に挿入されるとともに、周辺環境媒質と大きく異なる音響インピーダンスを有し、かつ超音波発生用レーザ光源１の波長および超音波検出用レーザ光源４の波長が過不能な第１の光音響遮蔽板２４がプローブ１８に設けられている。
【００５４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５５】
レーザ超音波検査装置は、その構成上、比較的高出力であるパルスレーザ光ＰＬの近傍で、レーザ光ＩＬのうち粗面から反射・散乱してくる微弱な信号を検出することになる。パルスレーザ光ＰＬも被検査材３表面で反射・散乱され、それが受信系に混入すると、計測上のノイズとなり得る。また、パルスレーザ光ＰＬの照射によって発生し、被検査材３表面および内部を経由せずに受信系に到達する超音波経路もあり、それらは計測に対してはノイズとなる。
【００５６】
そこで、本実施形態では、それらを遮蔽する第１の光音響遮蔽板２４を有することで、信号成分の検知をより簡易かつ高いＳ／Ｎ比で行うことが可能となる。
【００５７】
すなわち、本実施形態では、プローブ１８に第１の光音響遮蔽板２４を設けたことにより、比較的高強度の送信用のパルスレーザ光ＰＬの反射成分が、図示しない照射・集光用光学系である第２の対物レンズＭ３、第２の光ファイバ７を介して受信用光学系ＯＰ、光検出器９に混入するのを防止することができる。
【００５８】
［第１変形例］
図５（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第１変形例による作用を示す説明図である。
【００５９】
超音波的なノイズに関しては、図５（Ａ）に示すような場合が考えられる。すなわち、送信用のパルスレーザ光ＰＬの照射によって媒質ＭＤ側に伝播するノイズ成分ＮＵＳが第２の光音響遮蔽板２４ａに入射し、その内部あるいは表面を伝播（図中、ＮＮＵＳ）して超音波的なモード変換あるいは漏洩などを発生し得る部位において、再度ノイズ超音波ＮＮＮＵＳを放射する場合である。この成分によって受信用のレーザ光ＩＬの伝播経路上の屈折率が変化したり、あるいは照射・集光用光学系としての第２の対物レンズＭ３を直接振動させたりして計測信号にノイズが混入する場合がある。
【００６０】
すなわち、ノイズとなる超音波成分は、第２の光音響遮蔽板２４ａによって主に遮蔽されるものの、その際、その成分の一部（ＮＮＵＳ）が第２の光音響遮蔽板２４ａの内部を伝播し、その形状によってはノイズ超音波ＮＮＮＵＳとして環境に再放出されてノイズとなる可能性がある。
【００６１】
そこで、本変形例では、図５（Ｂ）に示すように第３の光音響遮蔽板２４ｂを構造上、２次音源となりにくい滑らかな曲面形状に形成したことで、２次的なノイズ超音波成分ＮＮＮＵＳの放射を減少させ、ノイズをより一層減少させることが可能となる。
【００６２】
［第２変形例］
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第２変形例による作用を示す説明図である。
【００６３】
第２の光音響遮蔽板２４ａの内部を伝播し、再度放射されるノイズ成分（図６（Ａ）参照）に関しては、図６（Ｂ）に示すように第１の光音響遮蔽板２４を第１および第２の薄膜２４ｃ，２４ｄ…の積層構造とすることで、内部を伝播する超音波ＮＮＵＳを多数回反射・散乱させ、受信側へのノイズ成分の放射を低減するものである。
【００６４】
すなわち、図６（Ａ）に示すようにノイズとなる超音波成分は、第２の光音響遮蔽板２４ａによって主に遮蔽されるものの、その際、その成分の一部が第２の光音響遮蔽板２４ａの内部を伝播し、その形状によっては環境に再放出されてノイズとなる可能性がある。
【００６５】
そこで、本変形例は、図６（Ｂ）に示すように第１の光音響遮蔽板２４を第１および第２の薄膜２４ｃ，２４ｄ…の積層構造とすることにより、機構内部に入射した超音波成分が反射・散乱を繰り返して即座に減衰させることで、ノイズをより一層減少させることが可能となる。
【００６６】
また、本変形例では、図６（Ｃ）に示すように第１の光音響遮蔽板２４の内部を中空に形成することで、受信側へのノイズ成分の放射を低減するものである。ここで、中空構造の内部２４ｆは、構造材２４ｅと音響インピーダンスが大きく異なる媒質であれば十分（例えば、構造材２４ｅが金属の場合には内部２４ｆは大気でよい）であるが、内部２４ｆを真空にすれば、内部２４ｆを透過する超音波成分を完全に防止することもできる。
【００６７】
したがって、本変形例では、機構内部に入射した超音波成分が到達面の裏面に到達して再放出されないように、図６（Ｃ）に示すように第１の光音響遮蔽板２４の内部を中空構造とすることで、ノイズをより一層減少させることが可能となる。
【００６８】
［第３変形例］
図７（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第３変形例による作用を示す説明図である。
【００６９】
図７（Ａ）に示すように被検査材３の表面近傍の媒質を伝播する超音波成分、あるいは被検査材３表面を伝播する表面波成分がノイズとなる場合には、図７（Ｂ）に示すように第４の光音響遮蔽板２４ｇの先端にゴム２４ｈなどの弾性体を固定し、このゴム２４ｈを被検査材３に押し付けることで、媒質ＭＤ中の伝播経路を遮断するとともに、表面変位を誘起しつつ伝播する表面波成分も減衰させることができる。
【００７０】
［第４変形例］
図８は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第２実施形態の第４変形例を示すブロック構成図である。
【００７１】
第４変形例では、図８に示すように図１の構成に加えて図７（Ｂ）で説明した第１の光音響遮蔽板２４が設置されており、この第１の光音響遮蔽板２４の先端には、図７（Ｂ）に示すゴム２４ｈなどの弾性体層が固定され、この弾性体層に接触検知手段としての接触センサ２５が取り付けられている。この接触センサ２５としては、電気抵抗式のセンサをはじめ、光学的なタッチセンサ、超音波距離計測式のタッチセンサなども用いることができる。
【００７２】
第１の光音響遮蔽板２４は、プローブ１８に設置されたモータ２６で駆動され、その際、被検査材３と第１の光音響遮蔽板２４との接触が接触センサ２５によりモニタされ、その接触位置は接触位置調整手段としてのコントローラ２７で制御される。
【００７３】
ここで、上記接触位置は、被検査材３と第１の光音響遮蔽板２４とが接触する位置だけでなく、コントローラ２７によって制御することで、ノイズ成分が最小となる最適位置に挿入することができる。
【００７４】
次に、第４変形例の作用を説明する。
【００７５】
この第４変形例では、第１の光音響遮蔽板２４の接触位置を調整する接触位置調整手段としてのコントローラ２７を有している。すなわち、第４変形例では、検知すべき主たる超音波成分が体積波の場合であり、第１の光音響遮蔽板２４が先端にゴム２４ｈなどの弾性体層を有し、かつ被検査材３表面とゴム２４ｈとを密着させるコントローラ２７を備えている。
【００７６】
ノイズとなる超音波成分および光成分は、被検査材３の形状、あるいは検査用のレーザ光の照射条件によって経路が一義的に決まらないため、その主要な成分を効率的に遮蔽するために第１の光音響遮蔽板２４の位置を調整することで、ノイズをより一層減少させることが可能となる。
【００７７】
つまり、ノイズとなる超音波成分および光成分は、上記のように被検査材３の形状、あるいは検査用のレーザ光の照射条件によって経路が一義的には決まらない。仮に、主要なノイズ成分の伝播経路が被検査材３の表面近傍で位置した場合で、かつ被検査材３が曲面形状を有する場合には、第１の光音響遮蔽板２４が剛な構造体であると、被検査材３と第１の光音響遮蔽板２４との間に間隙が生じ、ノイズ成分が透過し易くなる。
【００７８】
そこで、第４変形例のように第１の光音響遮蔽板２４の少なくとも先端をゴム２４ｈなどの弾性体とし、被検査材３に押し付けて間隙を最小とすることで、ノイズをより一層減少させることが可能となる。この場合、送信された表面波成分の多くが弾性体によって吸収され、体積波を観察し易くなるという効果も得られる。
【００７９】
［第３実施形態］
図９は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第３実施形態を示すブロック構成図である。
【００８０】
図９に示すように、超音波信号の受信側は、図２３に基づいて説明した従来の装置と構成および動作は同様である。本実施形態は、送信用のパルスレーザ光ＰＬの光路上に、プロファイル調整手段としてのプロファイル調整用光学系２８および照射スポット形状調整用の照射用光学系２９が配置されている。
【００８１】
このように構成したことにより、照射スポット上でエネルギーの偏りがなく、局所的なアブレーションを伴わずに効率的な超音波送信が可能となる。ここで、プロファイルを均一化するためのプロファイル調整用光学系２８としては、カライドスコープやマイクロレンズアレイ（フライアイレンズ）、あるいはコア径の比較的太いマルチモード光ファイバなどが用いられる。
【００８２】
また、照射スポット形状および寸法を調整することで、送信される超音波の周波数や指向性をある程度制御可能であることが知られており、その調整用の照射用光学系２９としては、ライン状スポットが得られるシリンドリカルレンズ、一次元的あるいは二次元的なアレイ状スポットが得られるマイクロレンズアレイ、中空状のスポットが得られるアキシコンレンズ、あるいはスポット寸法を調整可能なビームエキスパンダーなどが用いられる。
【００８３】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００８４】
水中環境下、粉塵環境下などでは、信号である超音波成分の減衰、レーザ光による超音波送信・受信効率の低下により、高感度の計測が困難になる。そのため、パルスレーザ光ＰＬのエネルギーを増加して、より大きな超音波信号を送信する手段が考えられるが、その場合、パルスレーザ光ＰＬが空間的に強度ピークを有していると、高強度のレーザ光照射によるピーク位置での被検査材３表面のアブレーション損傷が懸念される。
【００８５】
そこで、本実施形態では、送信用のパルスレーザ光ＰＬの光路上に、第１のレーザ光としてのパルスレーザ光ＰＬの空間的なエネルギー分布を均一化するためのプロファイル調整用光学系２８と、このプロファイル調整用光学系２８の出力光の照射形状を調整するための照射用光学系２９とを配置したことにより、パルスレーザ光ＰＬの空間的なプロファイルを均一とし、トータルのエネルギーを同一としながらもアブレーション損傷のない計測が可能となる。
【００８６】
［第４実施形態］
図１０は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第４実施形態を示すブロック構成図である。
【００８７】
図１０に示すように、本実施形態では、送信用の第１のレーザ光源として１００ナノ秒から１マイクロ秒の間でパルス幅可変なパルス光源３０を用いている。このように構成したことにより、約１ＭＨｚから１０ＭＨｚのき裂検査に適用し易い周波数帯域の超音波を選択的に送信可能となる。このような用途に用いることのできるパルス光源としては、光音響効果によるＱスイッチを用いたパルス光源などを用いることができる。
【００８８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００８９】
水中環境下、粉塵環境下などでは、信号である超音波成分の減衰、レーザ光による超音波送信・受信効率の低下により、高感度の計測が困難になる。ここで、き裂検査に用いられる超音波の周波数成分は１ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度であるのが一般的であるが、その周波数帯域を効率的に送信可能な送信レーザ光のパルス幅は逆数である１００ナノ秒から１マイクロ秒であることが知られている。
【００９０】
そこで、本実施形態のように第１のレーザ光源がＱスイッチパルスレーザ光源であり、発振するパルス光のパルス幅が１００ナノ秒から１マイクロ秒の範囲で可変なパルス幅可変レーザ光源としてのパルス光源３０から所望の周波数帯域に合わせたパルス幅の送信用のパルスレーザ光ＰＬを照射することで、より高いＳ／Ｎ比で超音波信号を送受信することが可能となる。
【００９１】
［第５実施形態］
図１１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第５実施形態を示すブロック構成図である。
【００９２】
図１１に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態における第１の外部電源１１をパルス的に電源動作するパルス電源３１とし、トリガー発振器１３の出力信号Ｔｒｇ２を入力信号として、それと同期して動作することにある。
【００９３】
すなわち、本実施形態では、受信用光学系ＯＰが位相共役素子５を用いた２光波混合干渉計であり、位相共役素子５への駆動電圧と同期して一定のタイミングでトリガー信号を発振するトリガー発振器１３とを備えている。
【００９４】
次に、本実施形態の動作を図１２に基づいて詳細に説明する。
【００９５】
まず、トリガー発振器１３から発振される第１のトリガー信号Ｔｒｇ１は、位相共役素子５を駆動する第２の外部電源１２に入力され、これによって位相共役素子５にパルス状にバイアス電圧Ｖｅが印加される。しかし、位相共役素子５が計測に適した状況になるまでには遅れ時間Ｔｄが生じる。ここで、遅れ時間Ｔｄは、位相共役素子５の基本特性である素子応答速度の２〜５倍程度がよいことが経験的に分かっている。
【００９６】
そこで、第１のトリガー信号Ｔｒｇ１から遅れる遅れ時間Ｔｄ後に、第２のトリガー信号Ｔｒｇ２を送信用パルス光源である超音波発生用レーザ光源１に入力し、送信用のパルスレーザ光ＰＬを発振させる。ここで、従来の構成では、第１の外部電源１１によって、例えばＡＰＤなどの光検出器９に定常的にバイアス電圧ＶＢを印加していたが、高いバイアス電圧は向上させる一方で過剰電流による熱雑音の増加あるいは熱的な素子の損傷を招くため、定常的に印加し続けることはできない。
【００９７】
しかしながら、本実施形態では、実際に超音波を計測すべき時間は、非常に短時間（例えば、表面波で３０ｃｍ程度の範囲のき裂検知を行うために必要な観察時間は、高々１００マイクロ秒程度）なため、第２のトリガー信号Ｔｒｇ２と同期してパルス電源３１からパルス的にバイアス電圧ＶＢを光検出器９に印加することで、高感度な計測が可能となる。ここで、パルス電源３１からパルス的にバイアス電圧ＶＢを光検出器９に印加する時間は、図１２においてＴＭで示されている。
【００９８】
ここで、光検出器９にバイアス電圧を印加する際にも、位相共役素子５の場合と同じように遅れ時間ＴＤが発生する。この遅れ時間ＴＤによって送信用のパルスレーザＰＬの光を光検出器９が検知しないよう調整することもできる。
【００９９】
すなわち、水中環境下、粉塵環境下などでは、信号である超音波成分の減衰、レーザ光による超音波送信・受信効率の低下により、感度の良い計測が困難になる。信号変換手段としての光検出器９がＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤの場合、印加するバイアス電圧が高ければ信号検出感度は向上する一方、高電圧を印加し続けると熱雑音が発生し、さらには素子そのものが熱損傷する場合がある。
【０１００】
そこで、本実施形態によれば、超音波の計測タイミングに同期してパルス電源３１から光検出器９に高バイアス電圧をパルス状に印加することで、熱損傷を防止しつつ光検出器９の信号検出感度を向上させることが可能となる。
【０１０１】
［第６実施形態］
図１３は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第６実施形態を示すブロック構成図である。
【０１０２】
図１３に示すように、本実施形態では、プローブ１８が第１の検査機構３２上で焦点方向の第１の駆動機構３３によって保持されている。送信用のパルスレーザ光ＰＬおよび受信用のレーザ光ＩＬの照射によって計測された超音波信号成分のうち、表面波成分、体積波成分あるいはノイズ超音波成分のいずれか最も検知し易い信号をリファレンス信号として信号処理装置１０でモニタし、その振幅値が最大となるようコントローラ３４によって第１の駆動機構３３が制御駆動されるものである。また、同様の構成を用いて、常にリファレンス信号が最大値となるようにではなく、常に一定値を取るよう制御すれば、計測の安定性を向上させることができる。
【０１０３】
すなわち、本実施形態では、パルスレーザ光ＰＬの照射により発生し、周辺環境の媒質ＭＤを伝播し、受信光学系ＯＰにて受信される信号成分の振幅を計測するリファレンス信号振幅計測手段としての信号処理装置１０と、この信号処理装置１０の出力が最大となるよう、受信用のレーザ光ＩＬの照射・集光機構としての対物レンズＭ２および第２の対物レンズＭ３を駆動制御する光学系駆動制御手段としてのコントローラ３４とを有している。
【０１０４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【０１０５】
水中環境下、粉塵環境下などでは、信号である超音波成分の減衰、レーザ光による超音波送信・受信効率の低下により、高感度の計測が困難になる。特に、受信用のレーザ光ＩＬの照射に関しては、焦点ずれが感度低下の大きな原因となるので、精密な位置合わせが重要である。
【０１０６】
そこで、本実施形態では、信号成分よりも大振幅な環境媒質などを伝播する信号成分が観察し得る場合には、それをリファレンスとし、その信号振幅が最大となるように焦点位置を合わせることで、より高感度な信号検知が可能となる。
【０１０７】
［第７実施形態］
図１４は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第７実施形態を示すブロック構成図である。
【０１０８】
図１４に示すように、本実施形態では、プローブ１８が第１の検査機構３２上で被検査材３と平行方向の第２の駆動機構３５によって保持されている。この第２の駆動機構３５は、走査制御装置３６によって任意の方位に一次元的に適切な速度で走査される。ここで、適切な速度とは、観察すべき超音波信号の伝播時間、送信パルス幅、信号処理時間などの計測条件と、検知すべき劣化現象の空間的な範囲・寸法に依存し、一概には決められない。一般に、高速なほど検査作業は短時間になるものの、検査分解能は低下する。
【０１０９】
走査制御装置３６あるいは第２の駆動機構３５上の図示しないポジションセンサから、現在における第２の駆動機構３５の位置、すなわち検査位置情報が第１の二次元画像化装置３７に入力される。そして、信号処理装置１０で計測された超音波信号も同時に第１の二次元画像化装置３７に入力され、各検査位置における計測信号が可視化される。
【０１１０】
すなわち、本実施形態では、上記照射機構と上記照射・集光機構との位置関係を固定しながら被検査材３上の１軸方向に走査するための第２の駆動機構３５を有し、さらに信号処理装置１０において、Ｘ軸方向に第２の駆動機構３５による走査空間を、Ｙ軸方向に時間をとって表面波成分、体積波成分およびこれらから派生する反射・透過・回折成分を二次元表示するようにしている。
【０１１１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【０１１２】
水中環境下、粉塵環境下などでは、信号である超音波成分の減衰、レーザ光による超音波送信・受信効率の低下により、検知すべき超音波信号の反射・透過・回折成分が微小な場合には、ノイズ成分と判別が不可能となる。ここで、特にき裂検査の場合には、き裂はある長さおよび深さを有するため、走査しながらき裂から反射・透過・回折される超音波を記録すれば、き裂に応じたあるパターンが形成される。ノイズ成分はランダムである一方、このパターンはき裂形状に応じた規則性を有するため、このように計測された二次元表示によれば、ノイズ成分と同じ程度の振幅しかない信号成分も分布形状として検知することが可能となる。
【０１１３】
［第８実施形態］
図１５は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第８実施形態を示すブロック構成図である。
【０１１４】
図１に示したようなレーザ超音波検査装置は、例えばパルスエコー法によるき裂検知、あるいは表面波透過法によるき裂深さ計測などには適した構成であるが、例えばき裂の深さ計測を高い信頼度で行うためには、反射波、透過波、回折波などさまざまな信号波から情報を取り出すべきである。
【０１１５】
そこで、図１５に示すように、本実施形態では、１送信１受信（従来の二探触子法）ではなく、１送信２受信（あるいは多数点受信）を実現するものである。ここで、超音波検出用レーザ光源４などは、ハーフミラー３８およびミラー８などを配置してレーザ光ＩＬａ，ＩＬｂを透過および反射させて共有化してもよいし、各受信系統で独立して個別に有していてもよい。また、プローブ１８も必ずしも全チャンネルを統合化する必要はなく、送受信独立、あるいは各受信系独立などの構成であってもよい。
【０１１６】
すなわち、本実施形態では、図１５に示すように上記照射・集光機構と、受信用光学系ＯＰａ，ＯＰｂと、光検出器９ａ，９ｂと、信号処理装置１０ａ，１０ｂとから構成される受信系が複数チャンネル具備されている。そして、受信用光学系ＯＰａ，ＯＰｂは複数備えていることから、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバも６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂとして複数設けられている。
【０１１７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【０１１８】
微小なき裂信号を検知する場合には、き裂の透過波（および場合によっては前方回折波）と反射波（および場合によっては後方回折波）の双方を検知することで、信頼性を向上させることができる。
【０１１９】
そこで、上記のように本実施形態では、上記受信系を複数チャンネル具備したことにより、多くの情報源からき裂の性状を計測し、信頼性の高いき裂検査を行うことが可能となる。
【０１２０】
［第９実施形態］
図１６は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第９実施形態を示すブロック構成図である。
【０１２１】
図１６に示すように、本実施形態では、前記第８実施形態の構成に加え、１系統の送信系と２系統の受信系を含むプローブ１８は、第２の検査機構３９上で被検査材３と平行方向の第２の駆動機構３５によって保持されている。この場合には、プローブ１８は統合化されていなくともよいが、本実施形態において送信系と各受信系との互いの位置関係は、一連の検査作業中に変化しないことが重要である。
【０１２２】
また、走査制御装置３６は、第２の駆動機構３５を任意の方位に一次元的に適切な速度で走査するように制御する。ここで、この適切な速度とは、観察すべき超音波信号の伝播時間、送信パルス幅、信号処理時間などの計測条件と、検知すべき劣化現象の空間的な範囲・寸法に依存し、一概には決められない。
【０１２３】
一般に、高速なほど検査作業は、短時間になるものの検査分解能は低下する。走査制御装置３６あるいは第２の駆動機構３５上の図示しないポジションセンサから、現在における第２の駆動機構３５の位置、すなわち検査位置情報が第２の二次元画像化装置４０に入力される。
【０１２４】
また、信号処理装置１０ａ，１０ｂ…で計測された超音波信号も同時に第２の二次元画像化装置４０に入力され、各検査位置における計測信号が可視化される。可視化の方法としては、各チャンネル毎に個別に可視化する方法、三次元的に表示する方法などが考えられる。第２の二次元画像化装置４０は、検知された信号成分の伝播時間、周波数特性、伝達特性などから、き裂の位置、形状、深さ分布を可視化するものである。
【０１２５】
このように本実施形態では、前記第８実施形態のレーザ超音波検査装置によって被検査材３上のき裂検査を行う場合であり、複数の受信系のうち、き裂への入射表面波およびき裂からの反射表面波を受信可能なチャンネルにおいて受信される反射表面波の有無からき裂の有無と位置、回折体積波の伝播時間からき裂深さ、き裂を透過する表面波を受信可能なチャンネルにおいて受信される透過表面波と上記入射表面波の伝達特性とからき裂の深さ、回折体積波の伝播時間からき裂深さ、をそれぞれ計測するようにしたものである。
【０１２６】
次に、本実施形態の作用を図１７〜図２０に基づいて説明する。
【０１２７】
第２の二次元画像化装置４０による被検査材３の可視化結果を図１７および図１８に示す。図１７は第１の受信系の可視化結果であり、図１８は第２の受信系の可視化結果である。図１７および図１８の横軸は、第２の駆動機構３５の駆動方向と同一方向の位置座標を表し、縦軸は計測された時刻を表している。なお、深さ分布の可視化は、図１６に示すレーザ超音波検査装置の構成においてＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法を適用したものである。
【０１２８】
図１７および図１８の可視化結果は、図１９における被検査材３のき裂４１が第１の受信系と第２の受信系との間に存在し、第２の駆動機構３５がき裂４１に対して平行に移動する場合の例である。また、被検査材３における実際のき裂４１の深さは、図１９に破線で示すように中央部が深くなる形状である。
【０１２９】
図１７では、き裂４１に対する超音波の透過波４２および回折波４３が可視化される一方、図１８では、送信系から第２の受信系へ直接伝播する超音波による直接波４４、さらにき裂４１に対する超音波の反射波４５、回折波４３が可視化されている。
【０１３０】
続いて、第２の駆動機構３５が被検査材３のき裂４１に対して垂直に移動する場合の第１の受信系による可視化結果を図２０に示す。図２０において、横軸は第２の駆動機構３５の移動距離を表し、縦軸は計測された時刻を表している。図２０では、送信系から第１の受信系へ直接伝播する超音波による直接波４４、さらにき裂４１に対する超音波の反射波４５、回折波４３、透過波４２が可視化されている。なお、第２の受信系についても同様に可視化することができる。
【０１３１】
ところで、微小なき裂の深さ情報を計測する場合には、き裂の透過波（および場合によっては前方回折波）と反射波（および場合によっては後方回折波）の双方の情報を解析することで、計測深さの信頼性を向上させることができる。
【０１３２】
そこで、本実施形態では、受信系を複数チャンネル具備し、その受信系から得られる複数の情報からき裂の性状を計測することにより、信頼性の高いき裂深さ計測を行うことが可能となる。
【０１３３】
［第１０実施形態］
図２１は本発明に係るレーザ超音波検査装置の第１０実施形態を示すブロック構成図である。
【０１３４】
図２１に示すように、本実施形態では、前記第９実施形態の構成に加え、第２の二次元画像化装置４０による第１および第２の受信系の可視化情報は、第２の駆動機構３５の位置などの検査位置情報とともに、第３の二次元画像化装置４６へ入力される。この第３の二次元画像化装置４６では、第１および第２の受信系によって検知された信号成分の伝播時間、周波数特性、伝達特性などを組み合わせ、き裂の位置、形状、深さ分布を可視化するものである。
【０１３５】
すなわち、本実施形態は、前記第９実施形態のレーザ超音波検査装置において、複数チャンネルの受信系の計測結果を組み合わせ、反射表面波の有無からき裂の有無と位置、回折体積波の伝播時間からき裂深さ、透過表面波と入射表面波の伝達特性からき裂の深さ、回折体積波の伝播時間からき裂深さを、それぞれ計測するようにしたものである。
【０１３６】
次に、本実施形態の作用を図２２に基づいて説明する。
【０１３７】
第３の二次元画像化装置４６による被検査材３の可視化結果を図２２に示す。図２２において、横軸は第２の駆動機構３５の駆動方向と同一方向の位置座標を表し、縦軸は計測された時刻を表している。深さ分布の可視化は、前記第９実施形態のレーザ超音波検査装置の構成においてＴＯＦＤ法を適用したものである。図２２に示す可視化結果は、被検査材３のき裂４１が第１の受信系と第２の受信系との間に存在し、第２の駆動機構３５がき裂４１に対して平行に移動する場合の例である。図２２ではき裂４１に対する超音波に関し、第１の受信系の透過波４７、第２の受信系の反射波４８、さらに第２の受信系へ直接伝播する直接波４９が可視化される。また、第１および第２の受信系による回折波５０は、き裂の位置、形状、深さ分布に関して両受信系で重み付け平均され可視化されている。
【０１３８】
ところで、微小なき裂の深さ情報を計測する場合には、各チャンネルの受信系によるき裂の透過波と反射波を組み合わせて解析することにより、計測深さの信頼性を向上させることができる。
【０１３９】
そこで、本実施形態では、受信系を複数チャンネル具備し、その受信系から得られる各チャンネルの情報からき裂の性状を計測することにより、信頼性の高いき裂深さ計測を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【０１４０】
１  超音波発生用レーザ光源（第１のレーザ光源）
２  光学系
３  被検査材
４  超音波検出用レーザ光源（第２のレーザ光源）
５  位相共役素子
６  第１の光ファイバ
７  第２の光ファイバ
８  ミラー
９  光検出器（信号変換手段）
１０  信号処理装置（リファレンス信号振幅計測手段）
１１  第１の外部電源
１２  第２の外部電源
１３  トリガー発振器（同期信号生成手段）
１４  第１のレンズ系
１５  微小レンズアレイ
１６  第２のレンズ系
１７  第３の光ファイバ
１８  プローブ（置換手段）
１９  配管（置換手段）
２０  ポンプ（置換手段）
２１ａ  第１のプレート
２１ｂ  第２のプレート
２２ａ  第１の逆流防止板
２２ｂ  第２の逆流防止板
２３  小孔
２４  第１の光音響遮蔽板（光音響遮蔽手段）
２４ａ  第２の光音響遮蔽板（光音響遮蔽手段）
２４ｂ  第３の光音響遮蔽板（光音響遮蔽手段）
２４ｃ  第１の薄膜
２４ｄ  第２の薄膜
２４ｅ  構造材
２４ｆ  中空構造の内部
２４ｇ  第４の光音響遮蔽板
２４ｈ  ゴム
２５  接触センサ
２６  モータ
２７  コントローラ（接触位置調整手段）
２８  プロファイル調整光学系（プロファイル調整手段）
２９  照射用光学系
３０  パルス光源
３１  パルス電源（同期パルス高電圧発生手段）
３２  第１の検査機構
３３  第１の駆動機構
３４  コントローラ（光学系駆動制御手段）
３５  第２の駆動機構（走査手段）
３６  走査制御装置
３７  第１の二次元画像化装置
３８  ハーフミラー
３９  第２の検査機構
４０  第２の二次元画像化装置
４１  き裂
４２  透過波
４３  回折波
４４  直接波
４５  反射波
４６  第３の二次元画像化装置
４７  第１の受信系の透過波
４８  第２の受信系の反射波
４９  第２の受信系へ直接伝播する直接波
５０  第１および第２の受信系による回折波
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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