JPH0410024B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0410024B2 JPH0410024B2 JP57053414A JP5341482A JPH0410024B2 JP H0410024 B2 JPH0410024 B2 JP H0410024B2 JP 57053414 A JP57053414 A JP 57053414A JP 5341482 A JP5341482 A JP 5341482A JP H0410024 B2 JPH0410024 B2 JP H0410024B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- sample
- frequency
- laser beam
- solid sample
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光音響法による固体試料の内部情報の
検出方法に関する。
検出方法に関する。
光音響法は、特定の周波数で強度変調された光
（断続光）を固体試料に照射し、得られる光音響
信号（以下、「PA信号」という。）から固体試料
の内部情報を検出する方法であつて、従来の光学
的測定では得られなかつた固体試料の光学的・熱
的性質を高感度で検出できるので、開発研究が盛
んにすすめられている。
（断続光）を固体試料に照射し、得られる光音響
信号（以下、「PA信号」という。）から固体試料
の内部情報を検出する方法であつて、従来の光学
的測定では得られなかつた固体試料の光学的・熱
的性質を高感度で検出できるので、開発研究が盛
んにすすめられている。
断続光を固体試料に照射すると、試料の光学的
性質（光吸収率）に比例した発熱が起る。その熱
は試料の熱的・物理的性質（熱拡散率、比熱、密
度）にしたがつて拡散し、試料の表面温度を上昇
させる。試料をセル内に密閉しておけば表面温度
の断続変化による試料表面の気体の膨張・収縮に
よつてセル内の圧力が変化する。その圧力変化を
PA信号としてマイクロフオンで検出し、PA信号
の振幅又は位相の入射光変調周波数に対する依存
持性を解析することにより、試料の微細な組成む
らや欠陥など試料内部の情報を検出することがで
きる。又、試料にピエゾ電歪素子（PZT）を貼
りつけ試料内の熱歪波をPA信号として検出して
同様な解析を行うことにより、試料の内部情報を
検出することができる。
性質（光吸収率）に比例した発熱が起る。その熱
は試料の熱的・物理的性質（熱拡散率、比熱、密
度）にしたがつて拡散し、試料の表面温度を上昇
させる。試料をセル内に密閉しておけば表面温度
の断続変化による試料表面の気体の膨張・収縮に
よつてセル内の圧力が変化する。その圧力変化を
PA信号としてマイクロフオンで検出し、PA信号
の振幅又は位相の入射光変調周波数に対する依存
持性を解析することにより、試料の微細な組成む
らや欠陥など試料内部の情報を検出することがで
きる。又、試料にピエゾ電歪素子（PZT）を貼
りつけ試料内の熱歪波をPA信号として検出して
同様な解析を行うことにより、試料の内部情報を
検出することができる。
つまり、PA信号は固体試料の光学的・熱的・
物理的性質を担つているので、信号の振幅又は位
相の入射光変調周波数に対する依存特性を検出す
ることにより、試料内部の深さ方向の光学的・熱
的分布が得られ、これから前記したような試料の
内部情報を知ることができる。
物理的性質を担つているので、信号の振幅又は位
相の入射光変調周波数に対する依存特性を検出す
ることにより、試料内部の深さ方向の光学的・熱
的分布が得られ、これから前記したような試料の
内部情報を知ることができる。
ところで、PA信号を検出する際に最も有効な
パラメーターは入射光を断続する周波数である。
パラメーターは入射光を断続する周波数である。
従来の光音響法は、レーザー光をチヨツパーで
断続させ、周波数を少しづつ変化させながらPA
信号の振幅又は位相をロツクインアンプで検出す
る方法であるため、低周波になるほど、積分時間
を長くする必要があり、又、精度も上らない。例
えば10Hzの断続レーザー光の場合、60秒程度の時
間を要する。したがつて、１Hz〜100Hz程度の周
波数領域のPA信号を検出処理するためには数時
間を要する欠点があつた。
断続させ、周波数を少しづつ変化させながらPA
信号の振幅又は位相をロツクインアンプで検出す
る方法であるため、低周波になるほど、積分時間
を長くする必要があり、又、精度も上らない。例
えば10Hzの断続レーザー光の場合、60秒程度の時
間を要する。したがつて、１Hz〜100Hz程度の周
波数領域のPA信号を検出処理するためには数時
間を要する欠点があつた。
本発明は上記に鑑みなされたものであつて、単
一のパルスレーザー光が多くの周波数の合成で成
り立つているのを利用して、固体試料に単一のパ
ルスレーザー光を照射し、得られるPA信号をフ
ーリエ変換することにより、全周波領域のPA信
号を一度に検出するものであつて、極めて高能率
に試料内部の情報を検出することができる。
一のパルスレーザー光が多くの周波数の合成で成
り立つているのを利用して、固体試料に単一のパ
ルスレーザー光を照射し、得られるPA信号をフ
ーリエ変換することにより、全周波領域のPA信
号を一度に検出するものであつて、極めて高能率
に試料内部の情報を検出することができる。
すなわち、レーザパルスの時間幅が知りたい
PA信号の最高周波数の逆数より十分短かい場合
（1KHzまでのPA信号を得る場合は1msより短か
い）は、PA信号のフーリエ変換はそのままパル
スPA信号の振幅又は位相の周波数依存特性を示
すことになる。したがつて、単一パルスレーザー
光を用いれば、数ns〜数μs程度のパルス時間幅が
得られるので、全く支障がない。
PA信号の最高周波数の逆数より十分短かい場合
（1KHzまでのPA信号を得る場合は1msより短か
い）は、PA信号のフーリエ変換はそのままパル
スPA信号の振幅又は位相の周波数依存特性を示
すことになる。したがつて、単一パルスレーザー
光を用いれば、数ns〜数μs程度のパルス時間幅が
得られるので、全く支障がない。
このように本発明の利点は、単一のパルスレー
ザー光を用いるので検出時間が短かいこと、また
試料の温度上昇が小さいことである。その反面、
入射光量を出力PA信号が比例する線型の範囲で
しか使えないため、非線型性が生じないよように
入射光量を制限する必要がある。なお、入射レー
ザー光がインパルスと見なせず有限の幅をもつて
いたとしても、レーザーパルスの時間変化（波
形）がわかつていれば、パルスPA信号のフーリ
エ変換を、入射レーザーパルスのフーリエ変換で
除算することにより正しい周波数依存特性を得る
ことができる。
ザー光を用いるので検出時間が短かいこと、また
試料の温度上昇が小さいことである。その反面、
入射光量を出力PA信号が比例する線型の範囲で
しか使えないため、非線型性が生じないよように
入射光量を制限する必要がある。なお、入射レー
ザー光がインパルスと見なせず有限の幅をもつて
いたとしても、レーザーパルスの時間変化（波
形）がわかつていれば、パルスPA信号のフーリ
エ変換を、入射レーザーパルスのフーリエ変換で
除算することにより正しい周波数依存特性を得る
ことができる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
第１図は本発明を実施するための検出系の一例
を示すブロツク図である。パルスレーザー源１か
らのパルスレーザー光２をレンズ３，４、−ミラ
ー５−レンズ６を介してセル７内に配置した固体
試料８に照射し、発生するPA信号をマイクロフ
オンなどの検出器９で検出して、この検出PA信
号を一旦ウエーブメモリー１０に記録し、マイク
ロコンピユーターなどのフーリエ変換装置１１で
フーリエ変換し、Ｘ−Ｙプロツターなどの表示装
置１２にPA信号の振幅又は位相の周波数依存特
性を表示する。図中１３は窓、１４はＸ−Ｙステ
ージをそれぞれ示す。なお、図示していないが、
試料表面に検出器として直接ピエゾ電歪素子
（PZT）を貼り付ける場合には、セル７は不要と
なり同様な検出系でPA信号を検出処理すること
ができる。
を示すブロツク図である。パルスレーザー源１か
らのパルスレーザー光２をレンズ３，４、−ミラ
ー５−レンズ６を介してセル７内に配置した固体
試料８に照射し、発生するPA信号をマイクロフ
オンなどの検出器９で検出して、この検出PA信
号を一旦ウエーブメモリー１０に記録し、マイク
ロコンピユーターなどのフーリエ変換装置１１で
フーリエ変換し、Ｘ−Ｙプロツターなどの表示装
置１２にPA信号の振幅又は位相の周波数依存特
性を表示する。図中１３は窓、１４はＸ−Ｙステ
ージをそれぞれ示す。なお、図示していないが、
試料表面に検出器として直接ピエゾ電歪素子
（PZT）を貼り付ける場合には、セル７は不要と
なり同様な検出系でPA信号を検出処理すること
ができる。
実施例 １
第２図に示すように、深さ２mm、幅３mmの溝２
１を設けたアルミニウム基板２２表面に20μmの
アルミニウム膜２３を接合したものを試料２４と
して、第１図の検出系によりPA信号の周波数依
存特性を調べた。パルスレーザー源１には波長
566nmのヤグ・レーザーを用い、10nsの単一パル
スレーザー光を試料に照射して実施した。
１を設けたアルミニウム基板２２表面に20μmの
アルミニウム膜２３を接合したものを試料２４と
して、第１図の検出系によりPA信号の周波数依
存特性を調べた。パルスレーザー源１には波長
566nmのヤグ・レーザーを用い、10nsの単一パル
スレーザー光を試料に照射して実施した。
第３図は得られたPA信号の振幅又は位相の周
波数依存特性を示すグラフである。Ａは溝のない
個所を、Ｂは溝のある個所をそれぞれ照射したと
きに得られたグラフである。周波数が約100Hzの
ところで特性が折れ曲り変化しており、溝の存在
を検知することができる。すなわち、試料内部に
あわなどの空洞や、不純物など欠陥がある場合に
は、PA信号の周波数依存特性の傾きの変化とし
て検出できるので、そのときの周波数の読み取り
からどの深さに欠陥があるかを検知することがで
きる。
波数依存特性を示すグラフである。Ａは溝のない
個所を、Ｂは溝のある個所をそれぞれ照射したと
きに得られたグラフである。周波数が約100Hzの
ところで特性が折れ曲り変化しており、溝の存在
を検知することができる。すなわち、試料内部に
あわなどの空洞や、不純物など欠陥がある場合に
は、PA信号の周波数依存特性の傾きの変化とし
て検出できるので、そのときの周波数の読み取り
からどの深さに欠陥があるかを検知することがで
きる。
このような検知は、単一パルスレーザー光を照
射して発生するPA信号をフーリエ変換して行う
ので、極めて短時間に行うことができる。
射して発生するPA信号をフーリエ変換して行う
ので、極めて短時間に行うことができる。
実施例 ２
一辺２mmの立方体の塩化カリウム（kCl）試料
にPZTを貼り付け、第１図の検出系を用いて実
施した。パルスレーザー源１として波長10.6μm
のCO2レーザーを用い、1msの単一パルスレーザ
ー光を照射して行つた。
にPZTを貼り付け、第１図の検出系を用いて実
施した。パルスレーザー源１として波長10.6μm
のCO2レーザーを用い、1msの単一パルスレーザ
ー光を照射して行つた。
第４図は得られたPA信号の振幅又は位相の周
波数依存特性を示すグラフである。PA信号の振
幅又は位相は傾きが−1.5乗であるので、周波数
の−1.5乗に比例していることを示す。図中、点
線は計算によつて求められたPA信号の周波数依
存特性であつて、(A)は試料表面にのみ吸収がある
場合を、(B)は試料内部にのみ吸収がある場合を示
す。得られるPA信号の周波数依存特性の傾きが、
(A)又(B)のどちらに近ずくかによつて試料の表面又
は内部での吸収の度合を検知することができる。
波数依存特性を示すグラフである。PA信号の振
幅又は位相は傾きが−1.5乗であるので、周波数
の−1.5乗に比例していることを示す。図中、点
線は計算によつて求められたPA信号の周波数依
存特性であつて、(A)は試料表面にのみ吸収がある
場合を、(B)は試料内部にのみ吸収がある場合を示
す。得られるPA信号の周波数依存特性の傾きが、
(A)又(B)のどちらに近ずくかによつて試料の表面又
は内部での吸収の度合を検知することができる。
このような検知は、実施例１と同様に極めて短
時間に行うことができるので、周波数を少しづつ
変化して行う従来法では長時間を要して支障をき
たすような場合、例えば試料の表面状態が時間と
共に変化する場合でも検出できる利点がある。
時間に行うことができるので、周波数を少しづつ
変化して行う従来法では長時間を要して支障をき
たすような場合、例えば試料の表面状態が時間と
共に変化する場合でも検出できる利点がある。
第１図は本発明を実施するために用いる検出系
の一例を示すブロツク図、第２図は本発明の実施
例に用いた試料を断面で示す側面図、第３図と第
４図は本発明の実施例で得られたPA信号の振幅
又は位相の周波数依存特性を示すグラフ。 図中の符号：１……パルスレーザー源、２……
パルスレーザー光、７……セル、８，２４……試
料、９……検出器、１０……ウエーブメモリー、
１１……フーリエ変換装置、１２……表示装置。
の一例を示すブロツク図、第２図は本発明の実施
例に用いた試料を断面で示す側面図、第３図と第
４図は本発明の実施例で得られたPA信号の振幅
又は位相の周波数依存特性を示すグラフ。 図中の符号：１……パルスレーザー源、２……
パルスレーザー光、７……セル、８，２４……試
料、９……検出器、１０……ウエーブメモリー、
１１……フーリエ変換装置、１２……表示装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 得ようとする光音響信号の最高周波数の逆数
より短い時間幅の単一のパルスレーザー光を固体
試料に照射し、 得られた音響信号をフーリエ変換し、 光音響信号の振幅又は位相の周波数依存特性の
傾きから固体試料の表面及び又は内部での吸収の
度合を検知する ことを特徴とする固体試料の内部情報の検出方
法。 ２ 音響信号のフーリエ変換をパルスレーザー光
のフーリエ変換で除算することを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57053414A JPS58169056A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光音響法による固体試料の内部情報の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57053414A JPS58169056A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光音響法による固体試料の内部情報の検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58169056A JPS58169056A (ja) | 1983-10-05 |
| JPH0410024B2 true JPH0410024B2 (ja) | 1992-02-24 |
Family
ID=12942168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57053414A Granted JPS58169056A (ja) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | 光音響法による固体試料の内部情報の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58169056A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0827264B2 (ja) * | 1988-09-21 | 1996-03-21 | 工業技術院長 | マルチ変調周波数による光音響撮像方法 |
| KR100679082B1 (ko) * | 1999-09-08 | 2007-02-05 | 주식회사 포스코 | 레이저 초음파를 이용한 내부결함 검출 장치 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5522535Y2 (ja) * | 1975-07-10 | 1980-05-29 | ||
| DE2709725A1 (de) * | 1977-03-05 | 1978-09-07 | Krautkraemer Gmbh | Verfahren zur thermischen anregung von ultraschallwellen in lichtabsorbierenden oberflaechen von pruefstuecken |
| JPS55163453A (en) * | 1979-06-06 | 1980-12-19 | Kobe Steel Ltd | Quality discriminating method of cast metal |
-
1982
- 1982-03-31 JP JP57053414A patent/JPS58169056A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58169056A (ja) | 1983-10-05 |
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