(57)【要約】  振動計測装置１０は、被検査物体Ｓに弾性波を励起する励振部（信号発生器１１及び振動子１２）と、波長安定化レーザ光源１３を用いて被検査物体Ｓの表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部（前記波長安定化レーザ光源１３、及び照明光レンズ１４）と、スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法により前記測定領域の各点の前後方向の変位を一括測定する変位測定部（スペックル・シェアリング干渉計１５）とを備える。波長安定化レーザ光源１３を用いることにより、被検査物体Ｓの表面凹凸が大きい場合でも干渉像を得ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
波長安定化レーザ光源を用いて前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法により前記測定領域の各点の前後方向の変位を一括測定する変位測定部と
を備えることを特徴とする振動計測装置。
【請求項２】
前記変位測定部が、スペックル・シェアリング干渉法において、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域の各点の前後方向の変位を一括測定することを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
【請求項３】
前記少なくとも3つの位相における位相状態の数が(2n+1)以上であって、該nが2以上の自然数であり、前記測定領域内の各点の前後方向の変位から前記弾性波のn次の高調波成分を検出することを特徴とする請求項２に記載の振動計測装置。
【請求項４】
前記波長安定化レーザが、半導体レーザと、該半導体レーザからの発振レーザ光の波長帯よりも狭い波長帯の光を選択的に半導体レーザに戻すグレーティングとを備えることを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
【請求項５】
前記グレーティングがボリュームホログラフィックグレーティングであることを特徴とする請求項４に記載の振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートや鉄鋼構造物等の物体の欠陥を検出すること等に用いることができる振動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートや鉄鋼構造物等の物体の表面及び内部の欠陥を検出する技術の一つに、レーザ超音波法がある。これは、被検査物体中に弾性波の振動を励起し、その状態で被検査物体にレーザ光を照射して反射光をレーザ干渉計で検出することによりその表面変位を測定するものである。振動による変位が欠陥の箇所で不連続に変化することから、変位の分布を測定することにより欠陥を検出することができる。しかし、この方法では、レーザ干渉計の検出用レーザ（プローブレーザ）が点状であるため、被検査物体の検査領域全体に亘ってスキャンする必要があり、時間がかかるという問題がある。【０００３】
これを改良した技術として、スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いた欠陥検出装置が提案されている。スペックル干渉法は、レーザ光源からのレーザ光を照明光と参照光に分岐させ、照明光を用いて検査領域にストロボ照明を行い、照明光が検査領域内における被検査物体の表面の各点で反射した光と参照光による干渉パターンを得るものである。スペックル・シェアリング干渉法は、レーザ光源からのレーザ光を用いて（参照光は分岐させない）検査領域にストロボ照明を行い、該検査領域内の被検査物体の表面において近接する2点から反射してくる光による干渉パターンを得るものである。これらの欠陥検出装置では、励振源から被検査物体に弾性波を入力し、入力する前と後でそれぞれ干渉パターンの画像をCCDカメラ等で撮影して、それら2枚の画像から検査領域の前後方向（面外方向）の変位又は相対的変位の分布を算出する。欠陥の箇所では変位又は相対的変位が不連続になることから、検査領域内に存在する欠陥を検出することができる。しかし、これらの方法では弾性波の或る1つの状態しか見ないため、弾性波の波長が検査領域よりも小さい場合には、欠陥がたまたま波の振幅が大きい部分にあれば検出が容易であるものの、振幅が小さい部分に存在する場合には検出が困難となる。すなわち、検査領域内の場所によって欠陥検査能に差異が生じることになる。【０００４】
それに対して特許文献１には、スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いた欠陥検出装置において、励振源から被検査物体に弾性波の連続波を励起しつつ、その連続波の互いに異なる少なくとも3つの位相においてそれぞれパルスレーザ光源からストロボ照明を行って干渉パターンの画像を撮影し、各点の変位（スペックル干渉法）又は近接2点間の相対的変位（スペックル・シェアリング干渉法）を測定することが記載されている。これにより、検査領域の大きさと弾性波の波長の関係に関わらず、検査領域のいずれの場所においても弾性波の全振動状態を再現することができ、検査領域内の場所に依ることなく欠陥を精度良く検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2017-219318号公報
【特許文献２】米国特許第5,691,989号明細書
【特許文献３】特開2009-081321号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の欠陥検出装置においては励起弾性波の位相と同期したストロボ照明を行う必要があるが、ストロボ照明のタイミングを制御する方式として、レーザの駆動電流を制御する直接変調方式と、連続発振レーザと変調器を組み合わせた外部変調方式がある。外部変調方式はレーザの種類に依らずに適用することができるものの、装置の小型化の点では直接変調方式の方が好ましい。特に、半導体レーザを用いた直接変調方式では、低コストという利点もある。しかし、一般的な半導体レーザを用いた場合、検査領域の表面の凹凸が大きいと干渉像が得られないという事象が発生することがある。【０００７】
ここまでは欠陥検出を例として説明したが、欠陥を検出する場合以外にも、例えば物体の内部構造解析のように、被検査物体に励起した弾性波による振動をスペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法を用いて計測する場合に、同様の問題が生じる。【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、半導体レーザを用いて表面凹凸の大きい検査対象を検査する場合でも、より確実に干渉像を得ることができ、振動の計測を行うことができる振動計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明に係る振動計測装置は、
被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
波長安定化レーザ光源を用いて前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
スペックル干渉法又はスペックル・シェアリング干渉法により前記測定領域の各点の前後方向の変位を一括測定する変位測定部と
を備えることを特徴とする。【００１０】
半導体レーザは、駆動電流を変調すると、点灯中に生じる素子の温度変化等によって発振波長が変化するため、実効的に可干渉距離が短くなる。干渉像を得るためには、スペックル干渉法では照明光と参照光の光路差を、スペックル・シェアリング干渉法では測定領域（前述の欠陥検査における検査領域に相当）内の被検査物体の表面において近接する2点から反射してくる光の光路差を、測定領域の全体に亘って可干渉距離よりも短くする必要がある。しかしながら、被検査物体の表面に凹凸が存在したり、被検査物体が傾いていたりすると、測定領域の一部で光路差が可干渉距離よりも長くなってしまい、測定領域の全体で干渉像を得ることができなくなってしまう。【００１１】
そこで、本発明に係る振動計測装置では、照明部の光源に波長安定化レーザ光源を用いることにより、点灯中に発振波長が変化することを防ぎ、それにより可干渉距離が短くなることを防ぐことができる。これにより、測定領域の全体に亘って干渉像を得ることができるため、変位測定部は測定領域内の各点の前後方向の変位の正確な一括測定を行うことができる。【００１２】
波長安定化レーザ光源には種々のものを用いることができる。例えば、半導体レーザで生成された発振レーザ光を、半導体レーザの外（温度変化の影響を受けにくい所）に設けたグレーティングに導入し、該半導体レーザからの発振レーザ光の波長帯よりも狭い波長帯の光を該グレーティングによって選択的に半導体レーザに戻す（フィードバック）という動作を繰り返すことによって、当該狭い波長帯の波長を有するレーザ光を選択的に出射するもの（例えば特許文献２参照）を用いることができる。あるいは、半導体レーザの温度を制御する機構と、半導体レーザで生成された発振レーザ光の波長を検出する機構を備え、所定波長からの発振レーザ光の波長のずれに応じて半導体レーザの温度を制御する波長安定化レーザ光源（例えば特許文献３参照）を用いることもできる。【００１３】
被検査物体の測定領域内に何らかの欠陥が存在する場合、その領域内の各点の前後方向の変位は、その欠陥の箇所において不連続的に変化する。従って、本発明に係る振動計測装置を用いて測定領域内の各点の前後方向の変位を測定することにより、該測定領域内における欠陥を検出することができる。【００１４】
スペックル・シェアリング干渉法において干渉光の位相を求める方法として、2点からの光の位相を少なくとも3つの異なる状態に変化させる位相シフト法を用いることができる。具体的には、2点のうちの1点からの光を位相シフタに通し、該位相シフタによるシフト量を異なる少なくとも3種の値にする。もちろん、2点からの光を共に位相シフタに通して両者の位相を相対的に変化させてもよい。このように測定領域内全域において、近接2点間の相対的変位を、弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において測定する。【００１５】
スペックル・シェアリング干渉法において、前記変位測定部は、前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域内の各点の前後方向の変位を一括測定するものであることが望ましい。【００１６】
スペックル・シェアリング干渉法を用いる場合において、前記変位測定部は、前記少なくとも3つの位相における位相状態の数が(2n+1)以上であって、該nが2以上の自然数であり、前記測定領域内の各点の前後方向の変位から前記弾性波のn次の高調波成分を検出することが望ましい。被検査物体に微小な欠陥が存在する場合、その場所において生じる前記の不連続的変化には高調波成分が多く含まれる場合があるため、このように高調波成分を検出することにより、微小な欠陥に対する検出感度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体レーザを用いて表面凹凸の大きい検査対象を検査する場合でも、より確実に干渉像を得ることができ、振動の計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る振動計測装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】本実施形態の振動計測装置を用いた欠陥検出方法の一例を示すフローチャート。
【図３】図２の欠陥検出方法の原理を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図３を用いて、本発明に係る振動計測装置の一実施形態を説明する。
【００２０】
本実施形態の振動計測装置１０は、被検査物体Ｓの表面に存在する欠陥Ｄ（図１参照）を検出する欠陥検出装置として機能するものである。この振動計測装置１０は図１に示すように、信号発生器１１、振動子１２、波長安定化レーザ光源１３、照明光レンズ１４、スペックル・シェアリング干渉計１５、制御部１６、及び記憶部１７を備える。
【００２１】
信号発生器１１はケーブルで振動子１２に接続されており、交流電気信号を発生させて該振動子１２に送信する。振動子１２は、被検査物体Ｓに接触させて用いられ、信号発生器１１から交流電気信号を受信して機械的振動に変換し、該機械的振動を被検査物体Ｓに付与する。これにより、該被検査物体Ｓに弾性波を励起する。これら信号発生器１１及び振動子１２は、前述の励振部に該当する。
【００２２】
信号発生器１１はまた、振動子１２と接続するケーブルとは別のケーブルで波長安定化レーザ光源１３にも接続されており、前記交流電気信号が所定の位相となるタイミングで該波長安定化レーザ光源１３にパルス状の電気信号（パルス信号）を送信する。
【００２３】
波長安定化レーザ光源１３は、本実施形態では前述のように、半導体レーザで生成された発振レーザ光を、該半導体レーザの外に設けたグレーティングによって、発振レーザ光の波長帯よりも狭い波長帯の光を選択的に半導体レーザに戻すフィードバックを行うことにより、安定した発振波長でレーザ光を出射するものを用いる。特に、前記グレーティングとして、シリカガラスやケイ酸塩ガラス等の媒体に光干渉パターンを転写することにより作製されるボリュームホログラフィックグレーティング（Volume Holographic Grating：VHG）を用いることにより、高い波長安定性と可干渉性（可干渉距離が1m以上）を得ることができる。
【００２４】
照明光レンズ１４は、波長安定化レーザ光源１３と被検査物体Ｓの間に配置されており、凹レンズから成る。照明光レンズ１４は、波長安定化レーザ光源１３からのパルスレーザ光を被検査物体Ｓの表面の測定領域の全体に拡げる役割を有する。これら波長安定化レーザ光源１３と照明光レンズ１４は、被検査物体Ｓの表面の測定領域をストロボ照明するものであり、前述の照明部に該当する。
【００２５】
スペックル・シェアリング干渉計１５は前述の変位測定部に相当し、ビームスプリッタ１５１、第１反射鏡１５２１、第２反射鏡１５２２、位相シフタ１５３、集光レンズ１５４及びイメージセンサ１５５を有する。ビームスプリッタ１５１は、被検査物体Ｓの表面の測定領域で反射した照明光が入射する位置に配置されたハーフミラーである。第１反射鏡１５２１はビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されており、第２反射鏡１５２２はビームスプリッタ１５１を透過する照明光の光路上に配置されている。位相シフタ１５３は、ビームスプリッタ１５１と第１反射鏡１５２１の間に配置されており、該位相シフタ１５３を通過する光の位相を変化（シフト）させるものである。イメージセンサ１５５は、ビームスプリッタ１５１で反射された後に第１反射鏡１５２１で反射されてビームスプリッタ１５１を透過する照明光、及びビームスプリッタ１５１を透過した後に第２反射鏡１５２２で反射されてビームスプリッタ１５１で反射される照明光の光路上に配置されている。集光レンズ１５４は、ビームスプリッタ１５１とイメージセンサ１５５の間に配置されている。
【００２６】
第１反射鏡１５２１は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して45°の角度になるように配置されている。それに対して第２反射鏡１５２２は、その反射面がビームスプリッタ１５１の反射面に対して45°からわずかに傾斜した角度になるように配置されている。イメージセンサ１５５は、検出素子を多数有しており、被検査物体Ｓの表面上の多数の点から第１反射鏡１５２１及び位相シフタ１５３を通してイメージセンサ１５５に入射する光を、それぞれ異なる検出素子で検出する。
【００２７】
第１反射鏡１５２１及び第２反射鏡１５２２が上記のように配置されていることにより、イメージセンサ１５５では、被検査物体Ｓの表面上のある点Ａ及び第１反射鏡１５２１で反射される照射光（図１中の一点鎖線）と、該表面上の点Ａからわずかにずれた位置にある点Ｂ及び第２反射鏡１５２２で反射される照射光（同・破線）は、イメージセンサ１５５の同じ位置に入射して干渉する。ここで、図１に示したように被検査物体Ｓの表面に凹凸が存在すると、該表面上の一部の点において、その点で反射される照射光と隣接する点で反射される照射光の光路差が長くなる。そうすると、照射光の光源として通常の半導体レーザを用いた場合には、この光路差よりも可干渉距離が短くなり、これら2つの照射光が干渉しなくなる可能性がある。しかし、本実施形態では波長安定化レーザ光源１３を用いることにより、可干渉距離が短くなることを防ぎ、それによってそれら2つの照射光を干渉させることができる。
【００２８】
制御部１６は、信号発生器１１を制御すると共に、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号に基づいてデータ処理を行う。記憶部１７は、イメージセンサ１５５の各検出素子から得られる検出信号や、制御部１６による処理後のデータを記憶する。
【００２９】
以下、図２のフローチャート及び図３のグラフを参照しつつ、本発明に係る振動計測装置１０を用いた、被検査物体Ｓの表面に存在する欠陥Ｄの検出方法の一例を説明する。
【００３０】
ここでは、振動子１２の振動の位相が異なる、mmax≧3回の表面変位の測定を行う。「振動子１２の振動の位相」は、信号発生器１１から振動子１２に送信される交流電気信号の位相であり、被検査物体Ｓに励振される弾性波の、振動子１２が接触する点における位相に相当する。以下では、各回の表面変位の測定を、数値k（1〜mmaxの間のいずれかの自然数）を用いて「k回目の測定」と表す。また、以下の説明では、まずは最も単純な例としてmmax=3である場合について全てのステップを説明し、その後、mmaxがさらに大きな数である場合について説明する。
【００３１】
まず、kの初期値を1に設定し（ステップＳ１）、信号発生器１１から振動子１２に交流電気信号を送信することにより、振動子１２から被検査物体Ｓへの振動の付与を開始する（ステップＳ２）。これにより、被検査物体Ｓに弾性波が励起される。
【００３２】
次に、振動子１２の振動の位相が、所定の初期値φ0（例えばφ0=0）を用いて[φ0+2π(k-1)/mmax]で表されるタイミング毎に、信号発生器１１は波長安定化レーザ光源１３にパルス信号を送信する。この段階ではk=1であるため、パルス信号が送信されるときの振動子１２の振動の位相はφ0である。波長安定化レーザ光源１３はパルス信号を受ける毎に、前述のグレーティングを用いたフィードバックによって、パルスレーザ光である照明光を安定した波長で繰り返し出射する。この照明光は、照明光レンズ１４により拡径され、被検査物体Ｓの表面の測定領域の全体に照射される（ステップＳ３）。
【００３３】
照明光は被検査物体Ｓの表面で反射され、スペックル・シェアリング干渉計１５のビームスプリッタ１５１に入射する。その照明光の一部はビームスプリッタ１５１で反射され、位相シフタ１５３を通過した後に第１反射鏡１５２１で反射され、再度位相シフタ１５３を通過した後に一部がビームスプリッタ１５１を通過し、イメージセンサ１５５に入射する。また、ビームスプリッタ１５１に入射した照明光の残りは、ビームスプリッタ１５１を透過して第２反射鏡１５２２で反射され、一部がビームスプリッタ１５１で反射されてイメージセンサ１５５に入射する。前述の通り、イメージセンサ１５５では、被検査物体Ｓの表面上の多数の点で反射される照射光をそれぞれ異なる検出素子で検出する。
【００３４】
位相シフタ１５３は、パルスレーザ光である照明光が繰り返し出力されている間に、該位相シフタ１５３を通過する照射光（すなわち、点Ａで反射された照射光）の位相を変化（シフト）させてゆく。これにより、点Ａで反射された照射光と点Ｂで反射された照射光の位相差が変化してゆき、この変化の間に、イメージセンサ１５５の各検出素子はこれら2つの照射光が干渉した干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。その際、前述のように、被検査物体Ｓの表面に凹凸が存在していても、波長安定化レーザ光源１３を用いていることにより、可干渉距離が短くなることを防ぎ、それにより両者を干渉させることができる。
【００３５】
図３の上段の図に、振動子１２の振動の位相がφ0であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度の一例をグラフで示す。なお、図３において、検出強度が位相シフト量に対して正弦波状に変化する関係が連続的な曲線で示されているが、実際に観測されるのは離散的なデータであり、観測されたデータから最小二乗法等により上記の連続的な正弦波形を再現する。そのためには、少なくとも3つの異なる位相シフト量での強度を検出する必要がある。
【００３６】
続いて、ステップＳ５において、kの値がmmaxに達しているか否かを確認する。この段階では未だk=1であってmmax（この例では3）に達していないため、ステップＳ５での判定は「NO」となる。「NO」のときにはステップＳ６に進み、kの値を1だけ増加させて「2」とする（ステップＳ５での判定が「YES」の場合については後述）。
【００３７】
次に、ステップＳ３に戻り、振動子１２の振動の位相が[φ0+2π(k-1)/mmax]においてk=2、すなわち[φ0+2π/3]≡φ1であるタイミング毎に、信号発生器１１は波長安定化レーザ光源１３にパルス信号を送信し、波長安定化レーザ光源１３は該パルス信号を受信したタイミングで被検査物体Ｓの表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射する。そして、位相シフタ１５３により点Ａで反射された照射光の位相を少なくとも3つの値に変化（シフト）させつつ、イメージセンサ１５５の各検出素子は点Ａで反射されて位相シフタ１５３等を通過した照射光と点Ｂで反射された照射光の干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。
【００３８】
図３の中段の図に、振動子１２の振動の位相がφ1であるときに得られる、位相シフタ１５３による位相のシフト量と、イメージセンサ１５５の検出素子で検出される干渉光の強度をグラフで示す。この図３の中段の図と上段の図を対比すると、干渉光の強度のピーク位置が両者でδφ1-δφ0だけずれている。このずれは、点Ａからの光路と点Ｂからの光路の位相差が、検出時の振動子１２の振動の位相の相違により変化したことを示している。この光路の位相差の変化は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位が変化していることを示している。
【００３９】
このようにk=2におけるステップＳ４の操作を実行した後、ステップＳ５では未だmmax(=3)に達していないため「NO」と判定し、ステップＳ６においてkの値を1だけ増加させて「3」とする。その後、ステップＳ３に戻り、交流電気信号の位相が[φ0+2π(k-1)/mmax]においてk=3、すなわち[φ0+4π/3]≡φ2であるタイミング毎に、波長安定化レーザ光源１３が被検査物体Ｓの表面にパルスレーザ光である照明光を繰り返し照射し、イメージセンサ１５５の各検出素子は干渉光の強度を検出してゆく（ステップＳ４）。こうして、図３の下段の図に示すように、交流電気信号の位相がφ2であるときの位相シフタ１５３による位相のシフト量と干渉光の強度の関係が得られる。
【００４０】
なお、k=2及び3のときにもk=1のときと同様に、波長安定化レーザ光源１３を用いていることにより、可干渉距離が短くなることを防ぎ、それにより両者を干渉させることができる。
【００４１】
その後、ステップＳ５では、kの値が3であってmmaxに達しているため「YES」と判定し、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、信号発生器１１から振動子１２への交流電気信号の送信を停止し、それにより振動子１２が振動を停止する。
【００４２】
次に、ステップＳ８及びＳ９において、以下の操作によって測定領域の各点における弾性波の振動状態（振幅及び位相）を求める。まず、イメージセンサの各検出素子につき、各振動の位相φ0、φ1、及びφ2においてそれぞれ、位相シフタ１５３による位相のシフト量を変化させた間に検出素子の出力が最大となる最大出力位相シフト量δφ0、δφ1、δφ2を求める（図３の上段、中段及び下段のグラフ参照）。さらに、振動の位相が異なる最大出力位相シフト量の差(δφ1-δφ0)、(δφ2-δφ1)、及び(δφ0-δφ2)を求める（ステップＳ８）。これら3つの最大出力位相シフト量の差は、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位を、振動子１２の振動の位相が異なる（すなわち時間が異なる）2つのデータで3組示している。これら3組の相対的な変位に基づいて、測定領域の各点における振動の振幅、振動の位相、及び振動の中心値（DC成分）、という3つのパラメータの値が得られる（ステップＳ９）。
【００４３】
こうして得られた各点の振動の振幅や位相の値に基づき、画像を作成する（ステップＳ１０）。例えば、測定点の振幅が大きいほど、その測定点に対応する画素の輝度を高くすることにより、振動の振幅の相違を画像の明暗の相違で表すことができる。
【００４４】
このように作成した画像に対して、既知の画像処理技術を用いて処理を行うことにより、被検査物体Ｓの表面の欠陥Ｄを検出する（ステップＳ１１）。例えば、画像上の位置の移動に伴って、画素の明暗が急変するところを欠陥として検出する。なお、この欠陥の検出は、画像処理で行う代わりに、検査者が画像を目視して行ってもよい。あるいは、画像を作成することなく、例えば不連続点を検出すること等により該測定領域内の欠陥を検出するようにしてもよい。このステップＳ１１の処理が終了すれば、本実施形態の振動計測装置１０を用いた欠陥検出方法の全ての工程が終了する。
【００４５】
本発明は上記実施形態には限定されない。
上記の例ではmmax=3としたが、mmaxを[2n+1]（nは2以上の自然数）で表される数より大きく選ぶことにより、被検査物体Ｓに励起された弾性波のn次の成分（第n高調波成分）までを検出することができるようになる。すなわち、点Ａと点Ｂの面外方向の相対的な変位が(2n+1)組以上得られることから、基本波の振幅、基本波の位相、第２高調波の振幅、第２高調波の位相、…第n高調波の振幅、第n高調波の位相、及び弾性波のDC成分、という(2n+1)個のパラメータの値が得られる。
【００４６】
また、上記実施形態ではボリュームホログラフィックグレーティングによるフィードバックを行うことで波長を安定化する波長安定化レーザ光源１３を用いたが、それ以外のグレーティングを有する波長安定化レーザを用いてもよい。あるいは、半導体レーザの温度を制御する機構と、半導体レーザで生成された発振レーザ光の波長を検出する機構を備え、所定波長からの発振レーザ光の波長のずれに応じて半導体レーザの温度を制御する波長安定化レーザ等、グレーティングによるフィードバック以外の手法で波長を安定化するレーザを用いてもよい。
【００４７】
上記実施形態では信号発生器１１と振動子１２、及び信号発生器１１と波長安定化レーザ光源１３はケーブル（有線）で接続しているが、これらを無線で接続していてもよい。特に、信号発生器１１と振動子１２は無線で接続されていることが好ましい。信号発生器１１と振動子１２が無線で接続されていることにより、振動子１２を被検査物体Ｓに接触させたうえで、振動子１２以外の振動計測装置１０の構成要素が被検査物体Ｓから離れた位置に配置されていても、長いケーブルを用意する必要がない。このような無線を用いた構成は、例えば橋梁等のインフラ構造物のような大掛かりな被検査物体Ｓを検査する場合に有益である。
【００４８】
また、上記実施形態では被検査物体Ｓの表面に接触させて使用する振動子１２を用いたが、その代わりに、被検査物体Ｓの表面に接触させない位置に置かれたスピーカ等を振動子として用いてもよい。この構成は、表面に振動子を接触させることが困難な位置や高さにある被検査物体Ｓを検査する場合に有益である。
【００４９】
上記実施形態ではスペックル・シェアリング干渉計１５を用いたが、その代わりに、スペックル干渉計を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０…振動計測装置
１１…信号発生器
１２…振動子
１３…波長安定化レーザ光源
１４…照明光レンズ
１５…スペックル・シェアリング干渉計
１５１…ビームスプリッタ
１５２１…第１反射鏡
１５２２…第２反射鏡
１５３…位相シフタ
１５４…集光レンズ
１５５…イメージセンサ
１６…制御部
１７…記憶部
【図１】
2019193788.tif 000003
【図２】
2019193788.tif 000004
【図３】
2019193788.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月6日(2020.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物体に弾性波を励起する励振部と、
半導体レーザ及び該半導体レーザからの発振レーザ光の波長帯よりも狭い波長帯の光を選択的に該半導体レーザに戻すボリュームホログラフィックグレーティングとを備える波長安定化レーザ光源を用いて前記被検査物体の表面の測定領域にストロボ照明を行う照明部と、
前記弾性波の位相と前記ストロボ照明のタイミングを制御することにより、該弾性波の互いに異なる少なくとも3つの位相において前記測定領域の各点の前後方向の変位をスペックル・シェアリング干渉法により一括測定する変位測定部と
を備えることを特徴とする振動計測装置。
【請求項２】
前記少なくとも3つの位相における位相状態の数が(2n+1)以上であって、該nが2以上の自然数であり、前記測定領域内の各点の前後方向の変位から前記弾性波のn次の高調波成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
【国際調査報告】
2019193788.tif 000006
2019193788.tif 000007
2019193788.tif 000008
2019193788.tif 000009