JP7247075B2 - Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method - Google Patents
Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7247075B2 JP7247075B2 JP2019204318A JP2019204318A JP7247075B2 JP 7247075 B2 JP7247075 B2 JP 7247075B2 JP 2019204318 A JP2019204318 A JP 2019204318A JP 2019204318 A JP2019204318 A JP 2019204318A JP 7247075 B2 JP7247075 B2 JP 7247075B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- laser light
- convex
- laser
- laser beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明の実施形態は、レーザ光集光装置、レーザ光受光装置、およびレーザ光集光方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to a laser light collecting device, a laser light receiving device, and a laser light collecting method.
レーザは指向性や収束性に優れ、可干渉性を有する光として、材料加工、分光、計測などの幅広い技術分野で活用されており、その応用範囲は、レーザ手術、ホログラフィックイメージングなどを含め、多岐にわたっている。レーザ振動計やレーザ距離計は、レーザ光を利用して、物体の振動や物体までの距離を光学的に計測し、数値化することが可能な装置として、一般的に良く使用されている。これらの装置および手法では、レーザを物体に照射して、物体の表面で反射した光を干渉計や光検出センサにより計測している。 As light with excellent directivity and convergence and coherence, lasers are used in a wide range of technical fields such as material processing, spectroscopy, and measurement.The range of applications includes laser surgery, holographic imaging, etc. Diverse. Laser vibrometers and laser rangefinders are commonly used as devices capable of optically measuring and quantifying the vibration of an object and the distance to the object using laser light. These devices and methods irradiate an object with a laser and measure the light reflected by the surface of the object using an interferometer or a light detection sensor.
また、レーザ誘起ブレークダウン分光法のように、発光分光により対象の元素組成を分析する手法も広く用いられている。パルスレーザの物体への照射により超音波を励起し、別のレーザおよびレーザ干渉計により物体表面の微小振動を計測するレーザ超音波法(LUT:Laser Ultrasonic Testing)などの方法も実用化されている。 Techniques for analyzing the elemental composition of an object by emission spectroscopy, such as laser-induced breakdown spectroscopy, are also widely used. Methods such as laser ultrasonic testing (LUT), which excites ultrasonic waves by irradiating an object with a pulsed laser and measures minute vibrations on the surface of the object using a separate laser and a laser interferometer, have also been put to practical use. .
レーザ超音波法は非接触で検査できるため、溶接施工中の検査などに適用されており、超音波の検出向上のための光学的な設定方法、超音波信号の処理方法、検査対象内部を映像化するための装置や手法について、用途に応じた多様な形態が提案されている。その他、レーザ超音波法を用いた溶接中の溶融池の形状を計測する手法なども考え出されており、融液である溶融池と固体である母材金属との界面を超音波により検出することで、リアルタイムで金属が溶融する過程を評価する方法が提示されている。 Since the laser ultrasonic method can be inspected without contact, it is applied to inspections during welding work, etc. Various forms have been proposed for apparatuses and methods for converting into a sintered body, depending on the intended use. In addition, methods such as measuring the shape of the molten pool during welding using the laser ultrasonic method have been devised, and ultrasonic waves are used to detect the interface between the molten pool, which is a liquid, and the base metal, which is a solid. Thus, a method for evaluating the metal melting process in real time is presented.
レーザを物体に照射することで、物体の物性、振動、物体までの距離などの情報を得る場合、受光できるレーザ光の量は、レーザの出力、波長、照射角度、物体表面のレーザに対する反射率などにより変化する。例えば、レーザ光を物体の表面に照射し、表面で反射したレーザ光を用いて計測を行う際、レーザを照射する面が曲面である場合や面粗さが大きい場合などでは、反射光は散乱しやすくなるため、受光量が減少する。反対に面粗さが小さい場合は、反射光の散乱は小さくなるが、受光位置による光量変化が大きくなるため、受光機構の設置位置、角度などを精密に調整する必要が生じる。受光量が不十分な場合、検出感度が低下し、また受光量の変化が大きい場合、測定精度が低下するという問題が発生する。 When irradiating an object with a laser to obtain information such as the physical properties, vibration, and distance to the object, the amount of laser light that can be received depends on the laser output, wavelength, irradiation angle, and the reflectance of the object surface to the laser. etc. For example, when irradiating a laser beam onto the surface of an object and performing measurement using the laser beam reflected from the surface, if the surface irradiated with the laser beam is curved or has a large surface roughness, the reflected light will be scattered. the amount of light received decreases. On the other hand, when the surface roughness is small, the scattering of reflected light is small, but the amount of light varies greatly depending on the light receiving position, so it is necessary to precisely adjust the installation position and angle of the light receiving mechanism. If the amount of received light is insufficient, the detection sensitivity is lowered, and if the amount of received light varies greatly, the measurement accuracy is lowered.
そこで、本発明の実施形態は、レーザ光を効率的に集光させることを目的とする。 Accordingly, an object of the embodiments of the present invention is to efficiently collect laser light.
上述の目的を達成するため、本実施形態に係るレーザ光集光装置は、光源からのレーザ光を受光機構が感知するために光軸を前記受光機構の表面に垂直となるように配置して前記レーザ光を集光するレーザ光集光装置であって、中央に凹面ミラー中央開口が形成された凹面ミラーと、前記凹面ミラーの凸部とは反対側にあって、前記凹面ミラーと同じ方向に凸部を向けて、かつ前記凹面ミラーの光軸上に、自身の光軸が重なるように配されて中央に凸状ミラー中央開口が形成された凸状ミラーと、を備え、前記凸状ミラーの前記光軸上の位置は、前記凹面ミラーの焦点位置より前記凹面ミラー側に近く、前記凹面ミラーの直径は、前記凸状ミラーの直径より大きい、ことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the laser light collecting device according to the present embodiment is arranged so that the optical axis is perpendicular to the surface of the light receiving mechanism so that the light receiving mechanism senses the laser light from the light source. A laser beam condensing device for condensing the laser beam, comprising: a concave mirror having a central opening of the concave mirror formed in the center; and a convex mirror having a convex mirror central opening formed in the center thereof, the convex mirror being disposed on the optical axis of the concave mirror so that its own optical axis overlaps with the optical axis of the concave mirror; The position of the mirror on the optical axis is closer to the concave mirror side than the focal position of the concave mirror, and the diameter of the concave mirror is larger than the diameter of the convex mirror.
また、本実施形態に係るレーザ光受光装置は、上述のレーザ光集光装置と、前記レーザ光を干渉計測するための干渉計と、を具備することを特徴とする。 Further, a laser light receiving device according to the present embodiment is characterized by comprising the above-described laser light collecting device and an interferometer for interferometrically measuring the laser light.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーザ光集光装置、レーザ光集光方法、およびレーザ光受光装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A laser light collecting device, a laser light collecting method, and a laser light receiving device according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, portions that are the same or similar to each other are denoted by common reference numerals, and overlapping explanations are omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係るレーザ光集光装置の構成を示す縦断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a laser beam condensing device according to the first embodiment.
レーザ光集光装置100は、凹面ミラー110、凸状ミラー120、および凸面レンズ130を有する。なお、レーザ光集光装置100は、以下に述べるような、凹面ミラー110、凸状ミラー120、および凸面レンズ130の相対的な位置を保持するための保持構造を、さらに有するが、図示を省略している。以下、同様である。
The laser
凹面ミラー110は、凹面ミラー本体111と、その凹面側に配された凹面ミラー鏡面部112を有する。凹面ミラー本体111の形状は、たとえば回転楕円形などの非球面形状の一部をなす形状である。凹面ミラー本体111の中央には、円形の凹面ミラー中央開口113が形成されている。
The
凹面ミラー鏡面部112は、凹面ミラー本体111の凹面側に鏡面仕上げ等により形成された鏡面部であってもよい。あるいは、反射機能を有するのであれば、凹面ミラー本体111の凹面側に取り付けられた表面が反射する部材であってもよい。
The concave
凸状ミラー120は、凸状ミラー本体121と、その凸面側に配された凸状ミラー鏡面部122を有する。凸状ミラー本体121の形状は、たとえば回転楕円形などの非球面形状の一部をなす形状である。凸状ミラー本体121の中央には、円形の凸状ミラー中央開口123が形成されている。
The
凸状ミラー鏡面部122は、凸状ミラー本体121の凸面側に鏡面仕上げ等により形成された鏡面部であってもよい。あるいは、反射機能を有するのであれば、凸状ミラー本体121の凸面側に取り付けられた表面が反射する部材であってもよい。
The convex
凸状ミラー鏡面部122は、凹面ミラー110の凸部とは反対側に、凹面ミラー110と同じ方向に凸部を向けて、かつ凹面ミラー110の中心軸(以下、光軸101)上に、当該光軸101が重なるように配されている。凸状ミラー120の光軸101上の位置は、凹面ミラー110の焦点位置より凹面ミラー110側に近い位置である。凹面ミラー110の直径は、凸状ミラー120の直径より大きい。凹面ミラー中央開口113の直径は、凸状ミラー中央開口123の直径より小さい。
The convex
凸面レンズ130は、凹面ミラー110を挟んで凸状ミラー120とは反対側で、光軸101上に当該中心軸が一致するように配されている。
The
図2は、第1の実施形態に係るレーザ光集光装置の変形例の構成を示す縦断面図である。 FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a modification of the laser beam condensing device according to the first embodiment.
変形例におけるレーザ光集光装置100は、凹面ミラー110および凸状ミラー120を有する。本変形例におけるレーザ光集光装置100は、凸面レンズ130を有しない。図1で示す凸面レンズ130の位置に後述する受光機構51(図7)が設けられている場合は、凹面ミラー110および凸状ミラー120で反射したレーザ光と、凹面ミラー110の中央に形成された凹面ミラー中央開口113および凸状ミラー本体121の中央に形成された凸状ミラー中央開口123を通過してきたレーザ光を、受光機構51が感知することができる。このように構成することで、最小限の設備で、レーザ光集光装置100を構成することができる。
The laser
なお、以下では、図1に示す構成を有するレーザ光集光装置100の場合を例にとって説明する。
In addition, below, the case of the laser
図3は、第1の実施形態に係るレーザ光集光方法の手順を示すフロー図である。 FIG. 3 is a flow chart showing the procedure of the laser beam condensing method according to the first embodiment.
レーザ光集光方法としては、まず、レーザ光集光装置100を設置する(ステップS01)。すなわち、レーザ光源1(図7ないし図9)からのレーザ光を集光するための位置に、レーザ光集光装置100を設置する。レーザ光集光装置100は、凸状ミラー120を凹面ミラー110よりも光源1側に近くなるように設置する。
As a laser light condensing method, first, the laser
ここで、光源1は、たとえば、レーザ光を生成し発射するレーザ発振器自体であってもよいし、照射されたレーザ光を反射する部分であってもよい。
Here, the
次に、光源1からのレーザ光を、凹面ミラー110で反射する(ステップS02)。なお、光源1からのレーザ光のうち、凹面ミラー110の中央に形成された凹面ミラー中央開口113および凸状ミラー本体121の中央に形成された凸状ミラー中央開口123を通過するものがあれば、レーザ光の一部は、凹面ミラー中央開口113および凸状ミラー中央開口123を通過する。
Next, the laser beam from the
次に、凹面ミラー110で反射したレーザ光を凸状ミラー120で反射する(ステップS03)。
Next, the laser beam reflected by the
次に、凸状ミラー120で反射したレーザ光を、凹面ミラー中央開口113を通過させる(ステップS04)。
Next, the laser beam reflected by the
次に、凹面ミラー中央開口113から取り出したレーザ光を凸面レンズで集光する(ステップS05)。
Next, the laser light extracted from the concave mirror
図4は、第1の実施形態に係るレーザ光集光装置の効果を説明するための従来の集光方法を示す概念的な第1の縦断面図、図5は、概念的な第2の縦断面図、また、図6は、概念的な第3の縦断面図である。 FIG. 4 is a conceptual first vertical cross-sectional view showing a conventional light collecting method for explaining the effect of the laser light collecting device according to the first embodiment, and FIG. 5 is a conceptual second longitudinal sectional view. A longitudinal sectional view, and FIG. 6 is a conceptual third longitudinal sectional view.
従来の集光方法の代表的な例は、図4に示すように、光源1から発せられたレーザ光を凸面レンズ2により集光し、センサ等のレーザ受光部3で受光するものである。光源1は、レーザ光の射出口、あるいはレーザ光が物体に照射された照射点などである。
As shown in FIG. 4, a typical example of a conventional light collection method is to collect laser light emitted from a
このような体系では、光源1のサイズ、形状には制約がないが、光源1が凸面レンズ2の光軸上にあり、ある照射角の範囲に発せられたレーザ光を集光することになる。
In such a system, there are no restrictions on the size and shape of the
一方、光源1が凸面レンズ2の光軸上から外れている場合は、その位置関係、たとえば図5に示すような場合には、レーザ光はレーザ受光部3に到達することができない。
On the other hand, if the
このため、光源1が凸面レンズ2の光軸上から外れている場合は、図6に示すように、光学系全体を傾斜させ、レーザ受光部3の位置を調整する必要がある。
Therefore, when the
図7は、第1の実施形態に係るレーザ光集光装置の効果を説明するためのレーザ光受光装置の受光状態を示す概念的な第1の縦断面図、図8は、概念的な第2の縦断面図、また、図9は、概念的な第3の縦断面図である。 FIG. 7 is a conceptual first longitudinal sectional view showing the light receiving state of the laser light receiving device for explaining the effect of the laser light collecting device according to the first embodiment, and FIG. 2, and FIG. 9 is a conceptual third longitudinal sectional view.
本実施形態に係るレーザ光集光装置100においては、光源1に近い側から、凸状ミラー120、凹面ミラー110、および凸面レンズ130が、光軸101を一つにして配置されている。この際、凸状ミラー120と凹面ミラー110は、凸状部分をともに光源1とは反対方向に向けて配されている。
In the laser
図7に示すように、光源1が、凸状ミラー120のレーザ光集光装置100の光軸101上にある場合は、レーザ光は、凸状ミラー中央開口123および凹面ミラー中央開口113を経由して凸面レンズ130を通過することにより集光され、受光機構51により受光される。
As shown in FIG. 7, when the
図8は、光源1が光軸101上からずれている場合を示す。この場合、光源1から発せられたレーザ光は、凹面ミラー110の凹面ミラー鏡面部112で、凸状ミラー120の方向に反射される。凹面ミラー鏡面部112で反射されたレーザ光は、凸状ミラー120の凸状ミラー鏡面部122で再び反射され、その多くは、凹面ミラー110の凹面ミラー中央開口113を経由して凸面レンズ130に至る。凸面レンズ130に至ったレーザ光は、集光され受光機構51により受光される。
FIG. 8 shows a case where the
さらに、光軸101からのずれが小さい場合は、図9に示すように、凸状ミラー中央開口123および凹面ミラー中央開口113を経由して凸面レンズ130を通過することにより集光される経路と、凹面ミラー110および凸状ミラー120で反射され凹面ミラー中央開口113を経由して凸面レンズ130に至り集光される経路の両者が確保され、さらに安定した光量を得ることができる。
Furthermore, when the deviation from the
以上のように、本実施形態に係るレーザ光集光装置100は、レーザ光を効率的に集光することができる。
As described above, the laser
[第2の実施形態]
図10は、第2の実施形態に係るレーザ光集光装置の構成を示す縦断面図である。
[Second embodiment]
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a laser light collecting device according to the second embodiment.
本第2の実施形態におけるレーザ光集光装置100aは、第1の実施形態の変形であり、第1の実施形態におけるレーザ光集光装置100の凸状ミラー120に代えて、凸状ミラー120aを有する。
The laser
凸状ミラー120aでは、マジックミラー125が用いられている。マジックミラー125は、光源1側からのレーザ光を透過するとともに、凹面ミラー110側に対向する表面の凸状ミラー鏡面部122においては、凹面ミラー110で反射されたレーザ光を反射する。
A
これらの点以外は、本第2の実施形態は、第1の実施形態と同様である。 Except for these points, the second embodiment is the same as the first embodiment.
図11は、第2の実施形態に係るレーザ光集光装置の作用を示す縦断面図である。 FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing the operation of the laser beam condensing device according to the second embodiment.
図9で示した第1の実施形態におけるレーザ光集光装置100の作用に比べて、さらに、破線PXで示すように、マジックミラー125を透過し、凹面ミラー110で反射し、さらに凸状ミラー鏡面部122で反射したレーザ光が、凸面レンズ130に到達する分だけ、集光能力が向上する。
Compared to the operation of the laser
[第3の実施形態]
図12は、第3の実施形態に係るレーザ光集光装置の構成を示す縦断面図である。
[Third embodiment]
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a laser light collecting device according to the third embodiment.
本第3の実施形態におけるレーザ光集光装置100bは、第1の実施形態の変形であり、第1の実施形態におけるレーザ光集光装置100の凸状ミラー120に代えて、凸状ミラー120bを有する。
The laser
凸状ミラー120bは、複数の反射球体127を有する。複数の反射球体127は、全体として第1の実施形態における凸状ミラー120と同様の外形を有し、厚み方向に1層あるいは複数層に配列されている。それぞれの反射球体127は、第1の実施形態と同様に、表面に反射球体鏡面部128を有する。
なお、複数の反射球体127は、たとえば、図示しない網目状の保持部材により相互の位置関係が保持されている。
The plurality of reflecting
これらの点以外は、本第2の実施形態は、第1の実施形態と同様である。 Except for these points, the second embodiment is the same as the first embodiment.
なお、図12では、凸状ミラー120bのみが複数の反射球体127で構成されている場合を示しているが、これに限定されない。すなわち、凹面ミラー110の方が、これに代えて複数の反射球体で構成されたものであってもよい。あるいは、凸状ミラー120bに加えて、凹面ミラー110がこれに代えて複数の反射球体で構成されたものであってもよい。
Although FIG. 12 shows the case where only the
このように構成することにより、第1の実施形態の凸状ミラー120と同様の反射機能を有する。
By configuring in this way, it has the same reflecting function as the
なお、互いに隣接する反射球体127を互いに密着させずに、間隔を形成することでもよい。このような配列によって、第2の実施形態と同様に、光源1からのレーザ光を、凹面ミラー110側に透過させる機能も、併せて有することができる。
It should be noted that it is also possible to form a gap between the reflecting
[第4の実施形態]
図13は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の構成を示す縦断面図である。
[Fourth embodiment]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the laser light receiving device according to the fourth embodiment.
システム全体としてのレーザ光送受信装置200は、レーザ発振器21、レーザ光集光装置100、レーザ光受光装置210を有する。
A laser beam transmitting/
レーザ光送受信装置200は、レーザ光集光装置100の光軸を、計測対象10の表面に垂直となるように配されている。
The laser beam transmitting/
レーザ光集光装置100は、第1の実施形態に示したものと同様であるが、これを、第2の実施形態におけるレーザ光集光装置100a、あるいは、第3の実施形態におけるレーザ光集光装置100bに置き換えてもよい。以下の実施形態においても同様である。
The laser
レーザ光受光装置210は、ビームスプリッタ41および受光機構51を有する。ビームスプリッタ41は、光軸101に対して45度の傾きをもって配され、レーザ発振器21から光軸101に垂直な方向に発せられたレーザ光を、計測対象10の方向に反射するとともに、計測対象10から変調して光軸101に沿って戻ってくるレーザ光をその方向のまま透過させる。受光機構51は、このレーザ発振器21レーザ光を受光する。
The laser
図14は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の変形例の構成を示す縦断面図である。本変形例では、レーザ発振器21と受光機構51の位置関係が互いに入れ替わった体系となっている。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a modification of the laser light receiving device according to the fourth embodiment. In this modified example, the positional relationship between the
このため、レーザ発振器21が光軸101上にあることから、レーザ発振器21から発せられたレーザ光は、光軸101に沿ってビームスプリッタ41を透過する。計測対象10から変調して光軸101に沿って戻ってくるレーザ光は、ビームスプリッタ41で光軸101に垂直な方向に反射し、受光機構51により受光される。
Therefore, since the
図15は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の他の変形例の構成を示す縦断面図である。本変形例では、ビームスプリッタ41を用いずに、レーザ光の照射経路と反射経路が別の経路となっている。また、レーザ光の干渉計測を行うための干渉計52が受光機構51の後段に設けられている。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing the configuration of another modified example of the laser light receiving device according to the fourth embodiment. In this modified example, the
ここで、干渉計52としては、例えばマイケルソン干渉計、ホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリー=ペロー干渉計およびフォトリフラクティブ干渉計などを用いることができる。また干渉計測以外の方法として、ナイフエッジ法も考えられる。干渉計52は、計測対象10に対して干渉計測を行うためのものだが、図15の構成に限らず、図13や図14のような照射系と受光系が同軸の構成の場合でも、同様に干渉計を組み合わせることができる。また、ここでは干渉計測を例にあげたが、スペクトル解析や光量の評価など、計測の目的に応じて必要な機器を組み合わせても良い。
Here, as the
これらの変形例を用いてもよいが、以下では、図13に示す体系の場合で説明する。 Although these modifications may be used, the case of the system shown in FIG. 13 will be described below.
図16は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の第1の作用の説明の比較のための従来例の概念的な縦断面図である。なお、光学システム5は、分かりやすいように一方のみに符号を付している。 FIG. 16 is a conceptual vertical cross-sectional view of a conventional example for comparison to explain the first action of the laser light receiving device according to the fourth embodiment. Only one side of the optical system 5 is labeled for the sake of clarity.
従来例においては、光学システム5においては、凸面レンズ2、ビームスプリッタ4、および受光機構51は、光軸L1上に並んでいる。ビームスプリッタ4は、光軸L1に対して45度傾いており、レーザ発振器21は、光軸L1に垂直な方向にビームスプリッタ4にレーザ光を発する。
In the conventional example, in the optical system 5, the
計測対象10の仮想接平面S1上の光源P1の場合、光学システム5は、光軸L1を仮想接平面S1に垂直となるように配されることにより、受光機構51はレーザ光を受光できる。
In the case of the light source P1 on the virtual tangential plane S1 of the
光源の位置が計測対象10の仮想接平面S2上の光源P2に移り、仮想接平面S2が仮想接平面S1に対して傾いている場合、受光機構51がレーザ光を受光するためには、光学システム5は、光軸L1を仮想接平面S2に垂直となるように配される必要がある。
When the position of the light source moves to the light source P2 on the virtual tangential plane S2 of the
図17は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の第1の作用を説明する縦断面図である。なお、レーザ光送受信装置200は、分かりやすいように一方のみに符号を付している。
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view for explaining the first action of the laser light receiving device according to the fourth embodiment. Note that only one side of the laser light transmitting/receiving
計測対象10の仮想接平面S1上の光源P1の場合、レーザ光送受信装置200は、光軸101を仮想接平面S1に垂直となるように配されることにより、光源P1から発せられたレーザ光は、凸状ミラー中央開口123および凹面ミラー中央開口113を通過して、受光機構51に到達する。
In the case of the light source P1 on the virtual tangential plane S1 of the
光源の位置が計測対象10の仮想接平面S2上の光源P2に移り、仮想接平面S2が仮想接平面S1に対して傾いている場合には、光源P2から発せられたレーザ光は、一部は凸状ミラー中央開口123および凹面ミラー中央開口113を通過して受光機構51に到達するが、さらに、凹面ミラー110および凸状ミラー120で反射した後に、凸面レンズ130で集光され、受光機構51に到達するものがあり、集光能力を確保することができる。
When the position of the light source moves to the light source P2 on the virtual tangent plane S2 of the
図18は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の第2の作用の説明の比較のための従来例の概念的な縦断面図である。 FIG. 18 is a conceptual vertical cross-sectional view of a conventional example for comparison to explain the second action of the laser light receiving device according to the fourth embodiment.
光源の位置すなわちレーザ光を照射する位置が、面粗さ小計測対象12すなわち計測対象10において表面の面粗さが相対的に小さな部分の位置P1にある場合(図17の上側の部分)に、凸面レンズ2がカバーする光量を考える。
When the position of the light source, i.e., the position where the laser beam is irradiated, is at the position P1 where the surface roughness of the small surface
光源の位置すなわちレーザ光を照射する位置が、面粗さ大計測対象13すなわち計測対象10において表面の面粗さが相対的に大きな部分の位置P2に移った場合(図17の下側の部分)、計測対象10の表面に照射したレーザ光の散乱が大きくなり、その結果、凸面レンズ2に入ってくる光量は、光源の位置がP1にある場合に比べて減少する。
When the position of the light source, i.e., the position where the laser beam is irradiated, moves to the position P2 where the surface roughness of the large surface
すなわち、従来の光学系の場合は、集光能力が、計測対象10の表面の粗さに大きく依存する。
That is, in the case of the conventional optical system, the light-gathering ability largely depends on the roughness of the surface of the
図19は、第4の実施形態に係るレーザ光受光装置の第2の作用を説明する縦断面図である。 FIG. 19 is a longitudinal sectional view for explaining the second action of the laser light receiving device according to the fourth embodiment.
光源1の位置すなわちレーザ光を照射する位置が、面粗さ小計測対象12すなわち計測対象10において表面の面粗さが相対的に小さな部分の位置P1にある場合(図18の上側の部分)に、レーザ光集光装置100がカバーする光量を考える。
When the position of the
光源1の位置すなわちレーザ光を照射する位置が、面粗さ大計測対象13すなわち計測対象10において表面の面粗さが相対的に大きな部分の位置P2に移った場合(図18の下側の部分)、計測対象10の表面に照射したレーザ光の散乱が大きくなるが、広がったレーザ光で、凹面ミラー110に反射される量が増加することから、全体として凸面レンズ130に至る光量の減少は、従来の光学系に比べて少なくなる。
When the position of the
すなわち、従来の光学系の場合は、集光能力の、計測対象10の表面の粗さへの依存性が小さくなる。
That is, in the case of the conventional optical system, the dependence of the light gathering ability on the roughness of the surface of the
図20は、第4の実施形態に係るレーザ光集光方法の手順を示すフロー図である。 FIG. 20 is a flow chart showing the procedure of the laser beam condensing method according to the fourth embodiment.
まず、レーザ光集光装置100を設置する(ステップS01)。
First, the laser
次に、レーザ光集光装置100の後段に、ビームスプリッタ41、レーザ発振器21、および受光機構51を設置する(ステップS10)。この結果、レーザ光送受信装置200が構成される。
Next, the
次に、レーザ発振器21でレーザを発信し、レーザ光を計測対象10に照射する(ステップS21)。この際、照射するレーザ光は、レーザ光集光装置100の凹面ミラー110に形成された凹面ミラー中央開口113、および凸状ミラー120に形成された凸状ミラー中央開口123を経由してもよい。あるいは、レーザ光集光装置100を通過しない経路で照射してもよい。
Next, the
次に、計測対象10で反射したレーザ光をレーザ光集光装置100により集光する(ステップS31)。このステップ内の詳細は、第1の実施形態において図3を引用しながら説明した内容と同様である。
Next, the laser beam reflected by the
次に、レーザ光集光装置100で集光したレーザ光を、受光機構51で受光する(ステップS32)。
Next, the laser light condensed by the laser
以上のような手順により、レーザ光集光装置100の機能を発揮させることができる。
The functions of the laser
[第5の実施形態]
図21は、第5の実施形態に係るレーザ光受光装置を示す概念的な縦断面図である。
[Fifth embodiment]
FIG. 21 is a conceptual vertical cross-sectional view showing a laser light receiving device according to the fifth embodiment.
本実施形態は、第4の実施形態の変形である。本実施形態におけるレーザ光受光装置210を含むレーザ光送受信装置200は、ガルバノスキャナ35をさらに有する。その他の点は第4の実施形態と同様である。
This embodiment is a modification of the fourth embodiment. The laser light transmitting/
ガルバノスキャナ35は、レーザ発振器21と計測対象10の間に配されている。
The
本実施形態では、ガルバノスキャナ35を用いて、計測対象10における光源すなわち計測対象10への照射点1aの位置を制御するものである。
In the present embodiment, the
レーザ発振器21からガルバノスキャナ35にレーザ光を入射させ、ガルバノスキャナ35内のミラーの角度制御により、計測対象10の表面の照射点1aを高速で移動させる。入射光の入射角度に応じて、それぞれの照射点1aからの反射光の反射角度は変化する。第4の実施形態の説明で示したように、レーザ光集光装置100は、レーザ光集光装置100に入射するレーザ光の角度、あるいは光軸との関係への依存性が小さく、集光能力を維持することができるため、照射点1aの位置が変化しても、当初の設置位置で、受光機構51での受光機能を維持することができる。
A laser beam is caused to enter the
従来の光学系では、受光系側の角度を変えながら受光するなどの工夫が必要であったが、本実施形態においては、受光側の光学系を動かすことなく、連続して受光することが可能であるため、高速で多点の計測が必要とされる場合などに有効である。 In conventional optical systems, it was necessary to devise ways to receive light while changing the angle of the light receiving system, but in this embodiment, it is possible to continuously receive light without moving the optical system on the light receiving side. Therefore, it is effective when high-speed multi-point measurement is required.
[第6の実施形態]
図22は、第6の実施形態に係るレーザ光受光装置を示す概念的な縦断面図である。
[Sixth embodiment]
FIG. 22 is a conceptual longitudinal sectional view showing a laser light receiving device according to the sixth embodiment.
本第6の実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第6の実施形態に係るレーザ光受光装置210は、保持駆動機構150を有する。その他の点では、第1の実施形態と同様である。
The sixth embodiment is a modification of the first embodiment. A laser
保持駆動機構150は、保持部151および駆動部152を有する。
The holding
保持部151は、レーザ光集光装置100および受光機構51を、これら相互間の位置関係を維持した状態で、これらを保持する支持構造である。保持部151には、計測対象側からのレーザ光を受ける側には、受光用の開口151aが形成されている。また、レーザ光集光装置100と受光機構51との間には、レーザ光の通過用の開口151bが形成されている。
The holding
駆動部152が、たとえばX、Y、Zの3軸方向、あるいは、R、Θ、Zの3軸方向に駆動可能な電動機あるいは油圧機構などの駆動源と伝達機構とを有する。あるいは、ロボットアームのような形態でもよい。
The
本実施形態は、レーザ光集光装置100で受光可能な範囲を超えて、計測対象10の形状が変化する場合などに有効であり、従来の光学系で必要とされた微調整のための機構や作業が大幅に削減され、計測対象によらず安定した計測を実現できる。
This embodiment is effective when the shape of the
[第7の実施形態]
図23は、第7の実施形態に係るレーザ光受光装置の構成を示す縦断面図である。図23は、第4の実施形態に係るレーザ光送受信装置200を、超音波計測用に用いた場合の構成を示している。
[Seventh Embodiment]
FIG. 23 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a laser light receiving device according to the seventh embodiment. FIG. 23 shows a configuration in which the laser beam transmitting/
レーザ光送受信装置200におけるレーザ光受光装置210は、レーザ光集光装置100および受光機構51に加えて、干渉計52、信号収録装置53、および表示装置54をさらに有する。干渉計52は、照射点1aで反射したレーザ光のドップラシフトを計測する。信号収録装置53は、演算部とメモリを有し、干渉計52による検出結果を解析処理し、受光機構51が受光した信号、干渉計52による検出結果、および解析処理結果を記憶、収納する。表示装置54は、信号収録装置53に記憶された内容を表示する。
Laser
超音波は、計測対象10に取り付けた圧電素子82から発生する。圧電素子は超音波探触子と呼ばれるものであり、超音波を発生する機構と、超音波をダンピングするダンピング材と、超音波の発振面に取り付けられた前面板と、いずれかの構成もしくはその組み合わせからなる構成となる。圧電素子82から超音波を発生させるための電圧の印加等は、超音波発生装置81により行われる。
Ultrasonic waves are generated from a
圧電素子82から発生した超音波は、計測対象10の内部の欠陥10dなどで反射し、計測対象10の表面に到達して表面を振動させる。
The ultrasonic waves generated from the
その振動面にレーザ光を照射し、反射したレーザ光のドップラシフトを、干渉計52を用いて検出し、計測対象10の表面の照射点1aにおける表面変位を計測する。計測された信号は信号収録装置53にて解析され、その結果が表示装置54に表示される。
The vibrating surface is irradiated with a laser beam, the Doppler shift of the reflected laser beam is detected using an
図24は、第7の実施形態の変形例におけるレーザ光受光装置の構成を示す縦断面図である。 FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing the configuration of a laser light receiving device in a modified example of the seventh embodiment.
本変形例は、超音波の発生部分のみ異なるもので、超音波発生装置81および圧電素子82に代えて、パルスレーザ発振器83および光学ミラー84を有し、パルスレーザ発振器83から出射されたレーザを、光学ミラー84を用いて計測対象10に照射するものである。
This modification differs only in the part that generates ultrasonic waves, and has a
パルスレーザは、Nd:YAGレーザ、炭酸ガスレーザ、Er YAGレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素(ダイ)レーザおよびエキシマレーザなどを用いることができる。また、これら以外のレーザ光源でもよい。 Nd:YAG lasers, carbon dioxide gas lasers, Er YAG lasers, titanium sapphire lasers, alexandrite lasers, ruby lasers, dye lasers, excimer lasers, and the like can be used as pulse lasers. Also, a laser light source other than these may be used.
また、レーザ光の伝送は、光学ミラー84により空間内を伝送する場合を示したが、光学ファイバにより伝送する方法や、ガルバノスキャナにより走査する方法などでもよい。
In addition, although the transmission of the laser light in the space has been shown by the
パルス幅数ナノ秒のレーザを計測対象10に照射すると、照射点1bを音源とした超音波を励起することができる。計測対象10内に伝搬する入射超音波は、欠陥10dで反射し、反射超音波の到達により計測対象10の表面が振動する。以降の過程は、図22に示した場合と同様である。
When the
以上のように、本実施形態によれば、計測対象10の表面状態に依存することなく、安定した超音波探傷が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, stable ultrasonic flaw detection is possible without depending on the surface state of the
図25は、第7の実施形態に係るレーザ光集光方法の手順を示すフロー図である。 FIG. 25 is a flow chart showing the procedure of the laser beam condensing method according to the seventh embodiment.
ステップS01およびステップS10は、図20を引用しながら説明した第4の実施形態と同様である。 Steps S01 and S10 are the same as in the fourth embodiment described with reference to FIG.
ステップS10に続いて、計測対象10に超音波を入射させる(ステップS41)。 Following step S10, ultrasonic waves are made incident on the measurement object 10 (step S41).
ステップS41の後に、実施するステップS21、S31、およびS32は、図20を引用しながら説明した第4の実施形態と同様である。 Steps S21, S31, and S32 performed after step S41 are the same as in the fourth embodiment described with reference to FIG.
以上のような手順により、超音波探傷においても、レーザ光集光装置100の機能を発揮させることができる。
Through the procedure described above, the function of the laser
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
[Other embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention.
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. In addition, the embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 The embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1…光源、1a、1b…照射点、2…凸面レンズ、3…レーザ受光部、4…ビームスプリッタ、5…光学システム、10…計測対象、10a、10d…欠陥、12…面粗さ小計測対象、13…面粗さ大計測対象、21…レーザ発振器、35…ガルバノスキャナ、41…ビームスプリッタ、51…受光機構、52…干渉計、53…信号収録装置、54…表示装置、81…超音波発生装置、82…圧電素子、83…パルスレーザ発信器、84…光学ミラー、100、100a、100b…レーザ光集光装置、101…光軸、110…凹面ミラー、111…凹面ミラー本体、112…凹面ミラー鏡面部、113…凹面ミラー中央開口、120、120a、120b…凸状ミラー、121…凸状ミラー本体、122…凸状ミラー鏡面部、123…凸状ミラー中央開口、125…マジックミラー、127…反射球体、128…反射球体鏡面部、130…凸面レンズ、150…保持駆動機構、151…保持部、151a、151b…開口、152…駆動部、200…レーザ光送受信装置、210…レーザ光受光装置
Claims (8)
中央に凹面ミラー中央開口が形成された凹面ミラーと、
前記凹面ミラーの凸部とは反対側にあって、前記凹面ミラーと同じ方向に凸部を向けて、かつ前記凹面ミラーの光軸上に、自身の光軸が重なるように配されて中央に凸状ミラー中央開口が形成された凸状ミラーと、
を備え、
前記凸状ミラーの前記光軸上の位置は、前記凹面ミラーの焦点位置より前記凹面ミラー側に近く、前記凹面ミラーの直径は、前記凸状ミラーの直径より大きい、
ことを特徴とするレーザ光集光装置。 A laser light collecting device for condensing the laser light by arranging the optical axis perpendicular to the surface of the light receiving mechanism for guiding the laser light to the light receiving mechanism for detecting the laser light from the light source, ,
a concave mirror having a central concave mirror opening formed in the center;
It is located on the opposite side of the convex portion of the concave mirror, is arranged in the center with the convex portion facing in the same direction as the concave mirror, and on the optical axis of the concave mirror so that its own optical axis overlaps. a convex mirror having a central opening of the convex mirror;
with
The position of the convex mirror on the optical axis is closer to the concave mirror side than the focal position of the concave mirror, and the diameter of the concave mirror is larger than the diameter of the convex mirror.
A laser beam condensing device characterized by:
前記保持部の方向および位置を調節する駆動部と、
を有する保持駆動機構をさらに備えることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のレーザ光集光装置。 a holding unit that holds the concave mirror and the convex mirror;
a driving unit for adjusting the direction and position of the holding unit;
7. The laser beam focusing device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a holding and driving mechanism having a .
前記レーザ光を干渉計測するための干渉計と、
を具備することを特徴とするレーザ光受光装置。 a laser beam focusing device according to any one of claims 1 to 7;
an interferometer for interferometrically measuring the laser light;
A laser light receiving device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019204318A JP7247075B2 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019204318A JP7247075B2 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021076501A JP2021076501A (en) | 2021-05-20 |
JP7247075B2 true JP7247075B2 (en) | 2023-03-28 |
Family
ID=75897547
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019204318A Active JP7247075B2 (en) | 2019-11-11 | 2019-11-11 | Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7247075B2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002188999A (en) | 2000-12-21 | 2002-07-05 | Hitachi Ltd | Detector and method for detecting foreign matter and defect |
JP2003114169A (en) | 2001-10-02 | 2003-04-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method for inspection of reflection-type liquid crystal panel |
JP2003194784A (en) | 2001-12-27 | 2003-07-09 | Mitsuboshi Belting Ltd | Method of inspecting flaws of polyamide resin molded body and inspecting device thereof |
JP2010112803A (en) | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Lasertec Corp | Substrate inspecting apparatus and photodetector |
JP5651533B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-01-14 | 株式会社東芝 | Welding inspection method and apparatus |
JP2015203658A (en) | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Inspection device |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0356844A (en) * | 1989-07-25 | 1991-03-12 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Soldering device using laser |
JPH04178538A (en) * | 1990-11-14 | 1992-06-25 | Nippon Steel Corp | Method and apparatus for generating and detecting ultrasonic waves in sample |
-
2019
- 2019-11-11 JP JP2019204318A patent/JP7247075B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002188999A (en) | 2000-12-21 | 2002-07-05 | Hitachi Ltd | Detector and method for detecting foreign matter and defect |
JP2003114169A (en) | 2001-10-02 | 2003-04-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method for inspection of reflection-type liquid crystal panel |
JP2003194784A (en) | 2001-12-27 | 2003-07-09 | Mitsuboshi Belting Ltd | Method of inspecting flaws of polyamide resin molded body and inspecting device thereof |
JP2010112803A (en) | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Lasertec Corp | Substrate inspecting apparatus and photodetector |
JP5651533B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-01-14 | 株式会社東芝 | Welding inspection method and apparatus |
JP2015203658A (en) | 2014-04-16 | 2015-11-16 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Inspection device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021076501A (en) | 2021-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107076546B (en) | Equipment for measuring weld penetration in real time | |
US6188478B1 (en) | Method and apparatus for film-thickness measurements | |
US4581939A (en) | Noncontact ultrasonic flaw detecting method and apparatus therefor | |
JP6663045B2 (en) | Device for monitoring a process during laser machining, comprising an optical distance measuring device and a prism polarization unit, and a laser processing head equipped with the device | |
US10209226B2 (en) | Photoacoustic microscope apparatus | |
JP2016538134A (en) | Method for measuring depth of penetration of laser beam into workpiece and laser processing apparatus | |
US6320665B1 (en) | Acousto optic scanning laser vibrometer for determining the dynamic properties of an object | |
JPH02243956A (en) | Method and device for opto-acoustic signal detection and method for detecting semiconductor element internal defect | |
WO2013190843A1 (en) | Photo-acoustic microscope | |
JP2004101189A (en) | Apparatus and method for inspecting defect | |
JP2002071513A (en) | Interferometer for immersion microscope objective and evaluation method of the immersion microscope objective | |
JP5592108B2 (en) | Interference confocal microscope and light source imaging method | |
JP7247075B2 (en) | Laser light collecting device, laser light receiving device, and laser light collecting method | |
KR20020050833A (en) | Apparatus and method of noncontact measurement of crystal grain size | |
JPH07502810A (en) | Method and apparatus for measuring the slope of an interface in an optical system | |
JPH1078415A (en) | Method and device for noncontact and non-destructive material evaluation, and method and device for elastic wave excitation | |
Vangi et al. | Signal enhancement in surface crack detection with gas-coupled laser acoustic detection | |
US20190285398A1 (en) | Method and device for determining the spatial position of an object by means of interferometric length measurement | |
JP7247077B2 (en) | LASER RECEIVER FOR RECEIVING, LASER ULTRASOUND MEASUREMENT DEVICE, AND LASER ULTRASOUND MEASUREMENT METHOD | |
WO2021048951A1 (en) | Photoacoustic probe | |
JP2006508368A (en) | Optical hydrophone for measuring sound pressure distribution in liquid media | |
JPS6334963B2 (en) | ||
JP2005106706A (en) | Instrument and method for measuring refractive index and thickness | |
JPH08320310A (en) | Ultrasonic-wave generation method and laser ultrasonic apparatus | |
KR101538908B1 (en) | Safety monitoring system of nuclear equipment with intergrating system of laser ultrasonic and shearography |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221124 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230202 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230315 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7247075 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |