JP2020118623A

JP2020118623A - Laser displacement gauge and ultrasonic device

Info

Publication number: JP2020118623A
Application number: JP2019011783A
Authority: JP
Inventors: 一男石山; Kazuo Ishiyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: JP7059211B2

Abstract

To improve detection sensitivity by increasing both a coupling efficiency ηand a distance L in a laser displacement gauge for measuring surface displacement of a test piece having irregularity on a surface.SOLUTION: A laser displacement gauge includes: a first lens for converting reflection light from a test piece into substantially parallel light; and a second lens for converging the substantially parallel light on a photodetector. A first optical axis of a laser beam emitted by an emission part and a second optical axis of the laser beam reflected by the test piece are arranged in a non-superimposed manner.SELECTED DRAWING: Figure 3A

Description

本発明は、試験体の表面変位を測定するレーザ変位計に関する。 The present invention relates to a laser displacement meter for measuring surface displacement of a test body.

一般的な超音波技術においては、圧電効果を利用した圧電素子の接触型センサを、超音波伝搬媒質を介して試験体に接触させることにより、超音波信号を送受信する。一方、非接触式超音波技術として、超音波の送受信をレーザ技術により実施するレーザ超音波法が提案されている（Ｓ．Ｋｒｉｓｈｎａｓｗａｍｙ．：“ＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＬａｓｅｒ−ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”，＜ＵＲＬ＞ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｑｅ．ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ．ｅｄｕ／ｓｋ／ＳＫ−Ｐａｐｅｒｓ／Ｂ５＿ｌｕｔｃｈａｐｔｅｒ＿２００３．ｐｄｆ）。レーザ超音波法は、非接触（レーザ光のパワー密度が低い場合は非破壊）で測定できるので、試験体に対して接触することが困難な場合（例えば高温、高所、高放射線場、複雑形状部など）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おり、今後様々な分野への応用が期待されている。 In a general ultrasonic technique, an ultrasonic signal is transmitted and received by bringing a contact-type sensor of a piezoelectric element utilizing a piezoelectric effect into contact with a test body via an ultrasonic wave propagation medium. On the other hand, as a non-contact ultrasonic technique, a laser ultrasonic method for transmitting and receiving ultrasonic waves by a laser technique has been proposed (S. Krishnaswamy.: "Theory and Applications of Laser-Ultrasonic Techniques", <URL>http. ://Www.cqe.northwestern.edu/sk/SK-Papers/B5_lutchapter_2003.pdf). The laser ultrasonic method can be used for non-contact measurement (non-destructive when the power density of the laser light is low), so it is difficult to contact the specimen (for example, high temperature, high place, high radiation field, complicated It is suitable for cases where the measurement method by remote control is required due to poor proximity and shape, etc., and is expected to be applied to various fields in the future.

レーザ超音波装置は、試験体表面を変位させることによりその表面上において超音波を誘起するための励起用レーザと、表面変位を測定するレーザ変位計を備える。レーザによる超音波励起は、時間的にパルス状のレーザ光を試験体に照射することにより実施する。レーザ光のパワー密度が小さい場合は、表面微小領域の急加熱−急冷却過程により熱応力が発生し、発生した熱応力が材料の歪み元となって超音波信号を発生させる（熱弾性モード）。レーザ光のパワー密度が大きい場合は、試験体の表面が蒸発によって気化し、その反作用力が試験体に圧力として加わって超音波が発生する（アブレーションモード）。 The laser ultrasonic device includes an excitation laser for displacing the surface of the test body to induce ultrasonic waves on the surface, and a laser displacement meter for measuring the surface displacement. The ultrasonic excitation by the laser is performed by irradiating the test body with a pulsed laser beam with time. When the power density of the laser light is small, thermal stress is generated by the rapid heating-cooling process of the microscopic surface area, and the generated thermal stress becomes the strain source of the material and generates an ultrasonic signal (thermoelastic mode). .. When the power density of the laser light is large, the surface of the test body is vaporized by evaporation, and the reaction force is applied to the test body as pressure to generate ultrasonic waves (ablation mode).

レーザ変位計は、超音波によって誘起される試験体表面の変位をレーザ照射によって計測する際に用いられる。レーザ変位計として、マイケルソン干渉計、ファブリペロー干渉計、フォトリフラクティブ素子を用いた干渉計などの干渉法をベースにしたものと（例えば、Ｒ．Ｊ．Ｄｅｗｈｕｒｓｔｅｔａｌ．：“Ｏｐｔｉｃａｌｒｅｍｏｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ”，Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．１０，ｐｐ．１３９−１６８（１９９９））、ナイフエッジ法と呼ばれる表面変位によるビームの偏向を用いる方法がある（Ｊ．Ｍｏｎｃｈａｌｉｎ：“ＯｐｔｉｃａｌＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｕｎｄ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｎＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ，ｖｏｌ．ＵＦＦＣ−３３，ｐｐ．Ｎｏ．５，４８５−４９９（１９８６））。 The laser displacement meter is used when measuring the displacement of the surface of the test body induced by ultrasonic waves by laser irradiation. Laser displacement meters based on interferometry methods such as Michelson interferometers, Fabry-Perot interferometers, and interferometers using photorefractive elements (for example, RJ Dewhurst et al.: “Optical remote measurement of”). ultrasound", Meas. Sci. Technol., vol. 10, pp. 139-168 (1999)), and a method using beam deflection by surface displacement called a knife edge method (J. Moncalin: "Optical Detection of Ultrasound"). ," IEEE Transaction on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. UFFC-33, pp. No. 5, 485-499 (1986)).

ファブリペロー干渉計と、フォトリフラクティブ素子を用いたレーザ変位計は、試験体の表面が粗い場合でも適用できるので実用的であるが、高価である欠点を有する。一方、ナイフエッジ法を用いるレーザ変位計は安価であるが、粗面には対応していない。近年、粗い表面を有する試験体にも適用可能なＳｐｅｃｋｌｅＫｎｉｆｅＥｄｇｅＤｅｔｅｃｔｏｒ（以下、ＳＫＥＤ）が開発されている（特許文献１）。したがって、ナイフエッジ型検出器（特にＳＫＥＤ）を用いることにより、実用的で安価なレーザ超音波装置が実現可能である。 The Fabry-Perot interferometer and the laser displacement meter using the photorefractive element are practical because they can be applied even when the surface of the test body is rough, but they have the drawback of being expensive. On the other hand, a laser displacement meter using the knife edge method is inexpensive, but does not support rough surfaces. In recent years, a Speckle Knife Edge Detector (hereinafter, SKED) applicable to a test body having a rough surface has been developed (Patent Document 1). Therefore, a practical and inexpensive laser ultrasonic device can be realized by using the knife edge type detector (in particular, SKED).

試験体の表面が凹凸を有する場合、受信レーザ光が試験体表面において散乱するので、レーザ光を光検出器に対して集束させるための集束レンズが必要になる。例えばナイフエッジ検出器と試験体との間にレンズを配置し、試験体から反射されたレーザ光をそのレンズによって集光するとともに光検出器に対して集束させることができる。 When the surface of the test body has irregularities, the received laser light is scattered on the surface of the test body, so that a focusing lens for focusing the laser light on the photodetector is required. For example, a lens may be arranged between the knife edge detector and the test body, and the laser light reflected from the test body can be collected by the lens and focused on the photodetector.

下記特許文献２は、『微細な凹凸が形成された受光面を有する固体撮像素子の反り量を、迅速に精度良く測定する方法を提供する。』ことを課題として、『ＡＦアクティブ方式やその他の方法を用いて、まず、オンチップレンズを備えていないエリア１０の領域の測定点を測定し、これから仮想基準面Ａを定める（ｂ）。（ｂ）に示すように、仮想基準面Ａは傾いていることがある。次に、この仮想基準面Ａを基準にして、ＡＦエリアコントラスト方式のスキャン範囲を決め、その範囲でオンチップレンズを備えたエリア９内の測定点を測定する（ｃ）。よって、ＡＦエリアコントラスト方式のスキャン範囲を短くすることにより、測定時間を短くでき、かつ、ＡＦエリアコントラスト方式を使用しているので、オンチップレンズによる凹凸がある場合でも、正確な距離測定が可能となる。』という技術を開示している（要約参照）。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-187242 provides a method for quickly and accurately measuring the amount of warpage of a solid-state imaging device having a light receiving surface on which fine irregularities are formed. The first problem is to measure the measurement point in the area of the area 10 not provided with the on-chip lens by using the AF active method or another method, and then determine the virtual reference plane A (b). As shown in (b), the virtual reference plane A may be inclined. Next, the scanning area of the AF area contrast method is determined with reference to the virtual reference plane A, and the measurement point in the area 9 provided with the on-chip lens is measured in the area (c). Therefore, by shortening the scan range of the AF area contrast method, the measurement time can be shortened, and since the AF area contrast method is used, accurate distance measurement is possible even if there are irregularities due to the on-chip lens. Becomes ] Technology is disclosed (see summary).

下記特許文献３は、『測定面の傾斜方向に拘わらず、傾斜誤差を低減できる表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供する。』ことを課題として、『測定対象物の測定面の測定点に照射光を照射する照射手段と、前記測定点からの反射光を受光し、その反射光をｎ個（ｎは２以上の整数）に分割した分割光の受光量差に基づいて、基準位置からの前記測定点の変位を焦点誤差として検出する変位検出手段と、を備え、焦点誤差検出方法を用いて、前記測定面の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、前記変位検出手段は、前記測定面の傾斜方向を検出する傾斜方向検出手段と、検出された前記傾斜方向に基づいて、前記測定点の変位がないときの前記焦点誤差が小さくなるように前記受光量差を調整する受光量差調整手段と、を有することを特徴とする。』という技術を開示している（要約参照）。 Patent Document 3 below provides a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method capable of reducing an inclination error regardless of the inclination direction of a measurement surface. "Irradiating means for irradiating the measurement point on the measurement surface of the object to be measured with irradiation light, and the reflected light from the measurement point is received, and the reflected light is n pieces (n is an integer of 2 or more). ), the displacement detection means for detecting the displacement of the measurement point from the reference position as a focus error based on the difference in the amount of received split light, and the surface of the measurement surface using a focus error detection method. A surface profile measuring device for measuring a profile, wherein the displacement detecting means has an inclination direction detecting means for detecting an inclination direction of the measurement surface, and there is no displacement of the measurement point based on the detected inclination direction. And a light receiving amount difference adjusting means for adjusting the light receiving amount difference so that the focus error at that time becomes small. ] Technology is disclosed (see summary).

特表２０１５−５０５３６２号公報Japanese Patent Publication No. 2015-505362 特開２００４−３２７８１８号公報JP, 2004-327818, A 特開２００４−０３７２５１号公報JP, 2004-037251, A

ナイフエッジ法における検出感度は、試験体の表面変位量が大きいほど向上する。したがって検出感度を高めるためには、表面変位を励起させるレーザ光の信号強度を高めればよい。これに対してレーザ変位計自体の検出感度を高めるためには、結合効率ηを高めるか、または試験体と光検出器との間の距離Ｌを大きくすればよいと考えられる。結合効率とは、光検出器に対して入力する光パワーの割合である。 The detection sensitivity in the knife edge method improves as the amount of surface displacement of the test body increases. Therefore, in order to increase the detection sensitivity, the signal intensity of the laser light that excites the surface displacement may be increased. On the other hand, in order to increase the detection sensitivity of the laser displacement meter itself, it is considered that the coupling efficiency η should be increased or the distance L between the test body and the photodetector should be increased. Coupling efficiency is the ratio of the optical power input to the photodetector.

試験体表面における散乱の影響を抑制するために集束レンズを用いる場合、結合効率ηを高めるためには、試験体と集束レンズとの間の距離を短くする必要があり、この場合、必然的に集束レンズと光検出器との間の距離は短くなる。従って、試験体と光検出器との間の距離も短くなる。すなわち集束レンズを用いる従来のナイフエッジ法においては、結合効率η_Ｃと距離Ｌをともに大きくすることは困難であるので、レーザ変位計の検出感度を向上させるのは困難である。 When a focusing lens is used to suppress the influence of scattering on the surface of the test body, it is necessary to shorten the distance between the test body and the focusing lens in order to increase the coupling efficiency η. In this case, inevitably. The distance between the focusing lens and the photodetector is reduced. Therefore, the distance between the test body and the photodetector is also reduced. That is, in the conventional knife-edge method using a focusing lens, it is difficult to increase both the coupling efficiency η _C and the distance L, and it is difficult to improve the detection sensitivity of the laser displacement meter.

レーザ光により試験体の表面変位を誘起させてナイフエッジ法のレーザ変位計によりその表面変位を測定する場合、試験体に対する入射光の光路と試験体からの反射光の光路が互いに重ならないようにするのが通常である。特許文献２と３は、このようなレーザ光により誘起した表面変位を測定する技術ではなく、試験体が元来有している表面凹凸を測定するための技術であるので、入射光路と反射光路は同一である。したがってこれら文献記載の技術は、レーザ光によって試験体の表面変位を誘起させてナイフエッジ法のレーザ変位計によりその表面変位を測定する場合においてそのまま用いることはできない。 When inducing the surface displacement of the test body with the laser beam and measuring the surface displacement with the knife edge method laser displacement meter, make sure that the optical path of the incident light to the test body and the optical path of the reflected light from the test body do not overlap each other. It is usually done. Since Patent Documents 2 and 3 are not a technique for measuring the surface displacement induced by such a laser beam, but a technique for measuring the surface unevenness that the test body originally has, the incident light path and the reflected light path are Are the same. Therefore, the techniques described in these documents cannot be used as they are when the surface displacement of the test body is induced by laser light and the surface displacement is measured by a laser displacement meter of the knife edge method.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、表面に凹凸を有する試験体の表面変位を測定するレーザ変位計において、結合効率η_Ｃと距離Ｌをともに大きくすることにより検出感度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is detected by increasing both the coupling efficiency η _C and the distance L in a laser displacement meter that measures the surface displacement of a test body having unevenness on the surface. The purpose is to improve the sensitivity.

本発明に係るレーザ変位計は、試験体からの反射光を集光し略平行光に変換する第１レンズと前記略平行光を光検出器に対して集束させる第２レンズを備え、照射部が照射するレーザ光の第１光軸と前記試験体から反射された前記レーザ光の第２光軸は、重ならないように配置されている。 A laser displacement meter according to the present invention includes a first lens that collects reflected light from a test body and converts the reflected light into substantially parallel light, and a second lens that focuses the substantially parallel light on a photodetector. The first optical axis of the laser light emitted by the laser light and the second optical axis of the laser light reflected from the test body are arranged so as not to overlap with each other.

本発明に係るレーザ変位計によれば、試験体の表面が有する凹凸によってレーザ光が散乱される場合であっても、表面変位の検出感度が高いレーザ変位計を提供することができる。 According to the laser displacement meter of the present invention, it is possible to provide a laser displacement meter with high detection sensitivity of surface displacement even when laser light is scattered by the unevenness of the surface of the test body.

超音波によって生じた試験体の表面変位をナイフエッジ法によって検出する原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle which detects the surface displacement of the test body which arose by the ultrasonic wave by the knife edge method. 集光または集束レンズを配置した例である。This is an example in which a condensing or focusing lens is arranged. 実施形態１に係るレーザ変位計１００の構成図である。1 is a configuration diagram of a laser displacement meter 100 according to the first embodiment. 実施形態１に係るレーザ変位計１００の変形例である。7 is a modification of the laser displacement meter 100 according to the first embodiment. 超音波励起用パルスレーザを照射した試験体の表面変位を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the surface displacement of the test body which irradiated the pulsed laser for ultrasonic wave excitation. 実施形態３に係るレーザ変位計１００の構成図である。6 is a configuration diagram of a laser displacement meter 100 according to a third embodiment. FIG. 光反射部１４の変形例である。It is a modification of the light reflection part 14. 光反射部の別変形例である。It is another modification of a light reflection part. 光反射部の別変形例である。It is another modification of a light reflection part. 実施形態４に係る超音波検査装置２００の構成図である。It is a block diagram of the ultrasonic inspection apparatus 200 which concerns on Embodiment 4.

＜従来のナイフエッジ検出法について＞
図１は、超音波によって生じた試験体の表面変位をナイフエッジ法によって検出する原理を説明する図である。試験体の表面２は、超音波によって例えば表面３のように変位する。光検出器７は、ナイフエッジ法によりその変位を検出する。具体的には、レーザ光１を試験体に対して照射し、その反射光を光検出器７によって検出する。試験体表面と光検出器７との間は距離６だけ離れている。表面２からの反射光４と表面３からの反射光５は、光検出器７に対する入射位置が互いに異なる。光検出器７の入射面における反射光４と５それぞれの入射位置は、互いに距離８だけ離れている。 <Conventional knife edge detection method>
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of detecting a surface displacement of a test body caused by ultrasonic waves by a knife edge method. The surface 2 of the test body is displaced by ultrasonic waves like the surface 3, for example. The photodetector 7 detects the displacement by the knife edge method. Specifically, the laser beam 1 is applied to the test body, and the reflected light is detected by the photodetector 7. There is a distance 6 between the surface of the test body and the photodetector 7. The reflected light 4 from the surface 2 and the reflected light 5 from the surface 3 have different incident positions with respect to the photodetector 7. The incident positions of the reflected lights 4 and 5 on the incident surface of the photodetector 7 are separated from each other by a distance 8.

光検出器７の検出感度は、入射光のパワーを光検出器７に対してできる限り多く入力させることにより、向上させることができる。また、表面変位の大きさは距離８に表れているので、表面変位に対して距離８をできる限り大きく変化させることにより、検出感度を向上させることができる。距離８を大きく変化させるためには、距離６を大きくすればよいと考えられる。 The detection sensitivity of the photodetector 7 can be improved by inputting as much power of incident light as possible to the photodetector 7. Further, since the magnitude of the surface displacement appears in the distance 8, the detection sensitivity can be improved by changing the distance 8 as much as possible with respect to the surface displacement. It is considered that the distance 6 should be increased in order to greatly change the distance 8.

以上の原理によれば、ナイフエッジ検出法における検出感度Ｓは、下記式１で表すことができる（Ｍ．Ａ．Ｏｌｍｓｔｅａｄｅｔａｌ．：“ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡｎＯｐｔｉｃａｌＰｒｏｂｅｆｏｒＳｏｌｉｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ａ，ｖｏｌ．３２，ｐｐ．１４１−１５４（１９８３））。γはナイフエッジ光検出器の変換効率、η_Ｃは結合効率（光検出器７へ入力する光パワーの割合）、ｕ_Ｚは超音波による試験体表面の変位量、ｒは位置座標、Ｌは試験体から光検出器７までの光路長である。距離Ｌは、試験体と光検出器７との間の距離６と一致する：Ｓ＝γη_Ｃ（ｄｕ_Ｚ/ｄｒ）Ｌ（１）。 According to the above principle, the detection sensitivity S in the knife edge detection method can be represented by the following formula 1 (MA Olmstead et al.: "Photothermal Displacement Spectroscopy: An Optical Probe for Solids and Surflaces", A). Phys. A, vol. 32, pp. 141-154 (1983)). γ is the conversion efficiency of the knife edge photodetector, η _C is the coupling efficiency (the ratio of the optical power input to the photodetector 7), u _Z is the displacement of the surface of the test body by ultrasonic waves, r is the position coordinate, and L is L It is the optical path length from the test body to the photodetector 7. The distance L corresponds to the distance 6 between the specimen and the photodetector 7: S=γη _C (du _Z /dr)L (1).

式１によれば、検出感度Ｓを大きくするためには、超音波のパワー密度を高くして変位量ｕ_Ｚを大きくする以外に、結合効率η_Ｃと距離Ｌを大きくすることが必要であることが分かる。 According to Formula 1, in order to increase the detection sensitivity S, it is necessary to increase the coupling efficiency η _C and the distance L in addition to increasing the power density of ultrasonic waves and increasing the displacement amount u _Z. I understand.

従来のレーザ超音波装置において用いられるナイフエッジ検出法は、表面が光学的に滑らかな試験体をターゲットにしているので、光検出器７の前には、集光用または集束用レンズがないか（Ｃ．Ｅｄｗａｒｄｓｅｔａｌ．：“ＬＡＳＥＲＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤＦＯＲＴＨＥＳＴＵＤＹＯＦＴＨＩＮＳＨＥＥＴＳ”，ＲｅｖｉｅｗｏｆＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｖｏｌ．１２，ｐｐ．５３９−５４８（１９９３））、またはレンズが１つのみ配置されている（Ｒ．Ｌ．ＷｈｉｔｍａｎａｎｄＡ．Ｋｏｒｐｅｌ：“ＰｒｏｂｉｎｇｏｆＡｃｏｕｓｔｉｃＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓｂｙＣｏｈｅｒｅｎｔＬｉｇｈｔ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，ｖｏｌ.８，ｐｐ．１５６７−１５７６（１９６９））。 Since the knife edge detection method used in the conventional laser ultrasonic device targets a test body having an optically smooth surface, whether there is a focusing lens or a focusing lens in front of the photodetector 7. (C. Edwards et al.: “LASER ULTRASOUND FOR THE STUDY OF THIN SHEETS”, Review of Progress in Quantitative Evaluation, Vol. (RL Whitman and A. Korpel: "Probing of Acoustic Surface Perturbations by Coherent Light", Appl. Opt., vol.8, pp.1567-1576 (1969)).

図２は、集光または集束レンズを配置した例である。試験体表面が光学的に滑らかな場合は、図１で説明したような光学系を用いることができる。しかし試験体表面に凹凸がある場合は、レーザ光１が試験体表面において散乱するので、その散乱した反射光を集光して光検出器７に対して集束するためのレンズ１１が必要となる。図２においては、レーザ光１を照射レンズ１０（照射部）によって試験体９の表面に集束させ、さらにレンズ１１によって反射光を集光するとともに光検出器７に対して集束させている。この光学系においては以下のような課題が生じる。 FIG. 2 shows an example in which a condenser or focusing lens is arranged. When the surface of the test body is optically smooth, the optical system as described in FIG. 1 can be used. However, when the surface of the test body has irregularities, the laser light 1 is scattered on the surface of the test body, and therefore a lens 11 is required for condensing the scattered reflected light and focusing it on the photodetector 7. .. In FIG. 2, the laser beam 1 is focused on the surface of the test body 9 by the irradiation lens 10 (irradiation unit), and the reflected light is condensed by the lens 11 and focused on the photodetector 7. The following problems occur in this optical system.

試験体９とレンズ１１との間の距離、およびレンズ１１と光検出器７との間の距離は、それぞれレンズの焦点距離ｆの２倍（２ｆ）である。すなわち、試験体９と光検出器７との間の距離Ｌは４ｆとなる。試験体表面からの散乱が大きい場合、結合効率η_Ｃを大きくするためには、焦点距離ｆを小さくする必要がある。そうすると、Ｌ（＝４ｆ）は小さくなり、η_ＣとＬを同時に増加することはできない。したがって式１から明らかなように、検出感度Ｓの大きな改善を期待することはできない。 The distance between the test body 9 and the lens 11 and the distance between the lens 11 and the photodetector 7 are twice the focal length f of the lens (2f). That is, the distance L between the test body 9 and the photodetector 7 is 4f. When the scattering from the surface of the test body is large, it is necessary to reduce the focal length f in order to increase the coupling efficiency η _C. Then, L (=4f) becomes small, and η _C and L cannot be increased at the same time. Therefore, as is clear from Equation 1, it is not possible to expect a great improvement in the detection sensitivity S.

以上を前提として、特許文献１記載の技術についてさらに説明する。特許文献１の光学系は、以下のように構成されている：（ａ）ファイバヘッドから出射した光を第１レンズによって第１ミラーに対して集束させる、（ｂ）第１ミラーから反射した光をサンプルに対して入射させる、（ｃ）サンプルから反射した光を第２ミラーによって反射する、（ｄ）第２ミラーから反射した光を第２レンズによってコリメートする、（ｅ）コリメート光を第３レンズによって検出器に対して集束させる（同文献の図１参照）。 Based on the above, the technique described in Patent Document 1 will be further described. The optical system of Patent Document 1 is configured as follows: (a) the light emitted from the fiber head is focused on the first mirror by the first lens, (b) the light reflected from the first mirror Is incident on the sample, (c) the light reflected from the sample is reflected by the second mirror, (d) the light reflected from the second mirror is collimated by the second lens, (e) the collimated light is the third A lens focuses the detector (see FIG. 1 of the same document).

第２レンズによって反射光がコリメート光に変換されているので、レンズの焦点距離とは無関係に、サンプルと光検出器との間の光路長Ｌを大きくすることができる。しかし同文献の光学系においては、試験体と第２レンズとの間に第２ミラーが設置されているので、試験体表面の凹凸によってレーザ光が散乱されると、結合効率η_Ｃを大きくすることは困難である。第２レンズの焦点距離を調整したとしても、第２ミラーと試験体との間の集光率を調整することはできないからである。したがって特許文献１においては、表面に凹凸がある試験体の表面変位を検出する際に、結合効率η_Ｃと距離Ｌをともに大きくすることにより検出感度を高めるのは困難である。 Since the reflected light is converted into the collimated light by the second lens, the optical path length L between the sample and the photodetector can be increased regardless of the focal length of the lens. However, in the optical system of the same document, since the second mirror is installed between the test body and the second lens, when the laser light is scattered by the unevenness of the surface of the test body, the coupling efficiency η _C is increased. Things are difficult. This is because even if the focal length of the second lens is adjusted, the light collection rate between the second mirror and the test body cannot be adjusted. Therefore, in Patent Document 1, it is difficult to increase the detection sensitivity by increasing both the coupling efficiency η _C and the distance L when detecting the surface displacement of the test body having an uneven surface.

ナイフエッジ法による表面変位の測定は、表面変位によってビームが偏向されることを前提にしている（例えば図１における反射光４と５）。すなわち、試験体に対して入射するレーザ光１の光路は単一であるのに対して、反射光の光路はある程度の幅を有する。したがって、入射光の光路を構成する光学系と、反射光の光路を構成する光学系は、別系とする必要がある。入射光の光路に幅を持たせると、試験体に対する入射光の照射位置が定まらないからである。 The measurement of the surface displacement by the knife edge method assumes that the beam is deflected by the surface displacement (for example, reflected light 4 and 5 in FIG. 1). That is, the optical path of the laser light 1 incident on the test body is single, while the optical path of the reflected light has a certain width. Therefore, the optical system forming the optical path of the incident light and the optical system forming the optical path of the reflected light need to be separate systems. This is because if the optical path of the incident light has a width, the irradiation position of the incident light on the test body cannot be determined.

特許文献２と３は、試験体表面が有する凹凸に起因するデフォーカス量を用いてその凹凸を検出する技術である。デフォーカス量を検出するためには、入射光路と反射光路を変える必要はないので、これら文献において入射光路と反射光路は同じである。またこれら文献における検出感度はデフォーカス量に依拠するので、図１における反射光４と５のように、表面変位によって生じる反射光の偏向量を大きくする必要はない。したがって特許文献２と３は、レーザ光によって試験体の表面変位を誘起させてレーザ変位計によりその表面変位を測定する場合には、採用する意義が乏しい。 Patent Documents 2 and 3 are techniques for detecting the unevenness by using the defocus amount caused by the unevenness on the surface of the test body. Since it is not necessary to change the incident light path and the reflected light path to detect the defocus amount, the incident light path and the reflected light path are the same in these documents. Further, since the detection sensitivity in these documents depends on the defocus amount, it is not necessary to increase the deflection amount of the reflected light generated by the surface displacement unlike the reflected lights 4 and 5 in FIG. Therefore, Patent Documents 2 and 3 have little meaning to be adopted when the surface displacement of the test body is induced by the laser beam and the surface displacement is measured by the laser displacement meter.

＜実施の形態１＞
図３Ａは、本発明の実施形態１に係るレーザ変位計１００の構成図である。レーザ変位計１００は、表面に凹凸を有する試験体９の表面変位を計測する装置であり、照射レンズ１０、第１レンズ１２、第２レンズ１３、光検出器７を備える。照射レンズ１０は、レーザ光１を集光して試験体９に対して照射する。第１レンズ１２は、試験体９から反射されたレーザ光１（散乱反射光）を集光し、略平行光にコリメートする。第２レンズ１３は、第１レンズによって略平行光に変換されたレーザ光を集束する。光検出器７は、第２レンズ１３が集束したレーザ光を検出する、ナイフエッジ型検出器である。 <Embodiment 1>
FIG. 3A is a configuration diagram of the laser displacement meter 100 according to the first embodiment of the present invention. The laser displacement meter 100 is a device that measures the surface displacement of the test body 9 having irregularities on the surface, and includes an irradiation lens 10, a first lens 12, a second lens 13, and a photodetector 7. The irradiation lens 10 condenses the laser light 1 and irradiates it onto the test body 9. The first lens 12 collects the laser light 1 (scattered reflected light) reflected from the test body 9 and collimates it into substantially parallel light. The second lens 13 focuses the laser light converted into the substantially parallel light by the first lens. The photodetector 7 is a knife edge type detector that detects the laser beam focused by the second lens 13.

光検出器７が検出した光は、図示しない信号処理ユニットによって、ナイフエッジ法を用いて信号処理される。光検出器７としては、ＳＫＥＤ、２分割フォトダイオード、または光位置検出素子（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）などを用いることができる。 The light detected by the photodetector 7 is processed by a signal processing unit (not shown) using the knife edge method. As the photodetector 7, a SKED, a two-divided photodiode, an optical position detector (Position Sensitive Detector), or the like can be used.

照射レンズ１０、第１レンズ１２、および第２レンズ１３は、レーザ光１の光軸と反射光の光軸が互いに重ならないように配置されている。すなわち、レーザ光１の光路と反射光の光路との間には０°超の角度が形成されている。光路３０は超音波による表面変位がない場合の光路を表し、光路３１は超音波による表面変位がある場合の光路を示す。光路３０と３１いずれの光軸も、レーザ光１の光軸と重ならないように配置されている。 The irradiation lens 10, the first lens 12, and the second lens 13 are arranged so that the optical axis of the laser light 1 and the optical axis of the reflected light do not overlap each other. That is, an angle of more than 0° is formed between the optical path of the laser light 1 and the optical path of the reflected light. An optical path 30 represents an optical path when there is no surface displacement due to ultrasonic waves, and an optical path 31 represents an optical path when there is surface displacement due to ultrasonic waves. The optical axes of the optical paths 30 and 31 are arranged so as not to overlap the optical axis of the laser light 1.

第１レンズ１２は、試験体９表面が有する凹凸によって散乱した反射光を集光する役割を有する。したがって第１レンズ１２と試験体９表面との間の距離は、第１レンズ１２の焦点距離以内であることが望ましい。 The first lens 12 has a role of condensing the reflected light scattered by the unevenness of the surface of the test body 9. Therefore, the distance between the first lens 12 and the surface of the test body 9 is preferably within the focal length of the first lens 12.

図３Ｂは、本実施形態１に係るレーザ変位計１００の変形例である。照射レンズ１０はレーザ光１をビームスプリッタ３２に対して照射する。ビームスプリッタ３２はレーザ光１を第１レンズ１２に向けて反射させる。試験体９から反射した反射光は、第１レンズ１２によって略平行光に変換された後、ビームスプリッタ３２を通過して第２レンズ１３へ向かう。したがって試験体９の表面変位が生じていないとき、レーザ光１の光軸と反射光（光路３０）の光軸は同軸（光軸間の角度は０°）である。試験体９の表面変位が生じたとき、光路３１の光軸は光路３１の光軸とは異なる。したがって図３Ｂの構成も、図３Ａと同様の効果を発揮することができる。 FIG. 3B is a modified example of the laser displacement meter 100 according to the first embodiment. The irradiation lens 10 irradiates the beam splitter 32 with the laser light 1. The beam splitter 32 reflects the laser light 1 toward the first lens 12. The reflected light reflected from the test body 9 is converted into substantially parallel light by the first lens 12 and then passes through the beam splitter 32 toward the second lens 13. Therefore, when the surface displacement of the test body 9 does not occur, the optical axis of the laser light 1 and the optical axis of the reflected light (optical path 30) are coaxial (the angle between the optical axes is 0°). When the surface displacement of the test body 9 occurs, the optical axis of the optical path 31 is different from the optical axis of the optical path 31. Therefore, the configuration of FIG. 3B can also exhibit the same effect as that of FIG. 3A.

図４は、超音波励起用パルスレーザを照射した試験体の表面変位を測定した結果を示すグラフである。表面変位の測定系として図３の構成を用いた。光検出器７としてＳＫＥＤを用いた。図４上段は、観測された表面変位を表す信号強度の時間変化である。図４下段は、信号振幅（上限値と下限値との間の差分）のＬに対する依存性を示す。式１が示すとおり、Ｌが増加するにしたがって信号強度が大きくなることを実験的に確認した。第１レンズ１２は変えていないので、結合効率η_Ｃは一定である。この測定結果から、Ｌを４００ｍｍ以上にすれば検出感度を２倍以上に改善できることが分かる。 FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the surface displacement of the test body irradiated with the ultrasonic excitation pulsed laser. The configuration shown in FIG. 3 was used as a surface displacement measurement system. SKED was used as the photodetector 7. The upper part of FIG. 4 shows the time change of the signal intensity representing the observed surface displacement. The lower part of FIG. 4 shows the dependence of the signal amplitude (the difference between the upper limit value and the lower limit value) on L. As shown in Equation 1, it was experimentally confirmed that the signal intensity increases as L increases. Since the first lens 12 is not changed, the coupling efficiency η _C is constant. From this measurement result, it can be seen that the detection sensitivity can be improved more than twice by setting L to 400 mm or more.

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係るレーザ変位計１００は、レーザ光１の光軸と反射光の光軸が重ならないように各レンズが配置されており、第１レンズ１２は反射光を集光して略平行光に変換する。第１レンズ１２により、試験体９の表面に凹凸がある場合であっても散乱光を集光することができるとともに、焦点距離に依拠することなく試験体９と光検出器７との間の距離を大きくすることができる。また入射光と反射光が重ならないので、反射光の偏向量に基づきナイフエッジ法により表面変位を測定することができる。 <Embodiment 1: Summary>
In the laser displacement meter 100 according to the first embodiment, the respective lenses are arranged so that the optical axis of the laser light 1 and the optical axis of the reflected light do not overlap, and the first lens 12 collects the reflected light and is substantially Convert to parallel light. The first lens 12 allows the scattered light to be condensed even when the surface of the test body 9 has unevenness, and allows the test body 9 and the photodetector 7 to be separated from each other without depending on the focal length. The distance can be increased. Further, since the incident light and the reflected light do not overlap with each other, the surface displacement can be measured by the knife edge method based on the deflection amount of the reflected light.

＜実施の形態２＞
実施形態１において、第１レンズ１２のＮＡ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）は、散乱光を高効率で集光するために大きな値（たとえば０．５以上）のものが望ましい。第２レンズ１３のＮＡは、光の収差をできるだけ抑えて集束させるため、第１レンズ１２のＮＡに比べて小さい方が望ましい。 <Second Embodiment>
In the first embodiment, it is desirable that the NA (Numerical Aperture) of the first lens 12 has a large value (for example, 0.5 or more) in order to collect scattered light with high efficiency. The NA of the second lens 13 is preferably smaller than the NA of the first lens 12 in order to focus the aberration while suppressing the aberration of light.

＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施形態３に係るレーザ変位計１００の構成図である。実施形態１で説明したように、試験体９と光検出器７との間の距離Ｌを増加することにより、検出感度Ｓを改善することができる。しかし、望ましいＬの値は４００ｍｍ以上であり、これによりレーザ変位計１００の装置サイズが大きくなる。そこで本実施形態３においては、レーザ変位計１００のサイズ増加を抑制しつつＬを大きくすることを図る。 <Third Embodiment>
FIG. 5 is a configuration diagram of the laser displacement meter 100 according to the third embodiment of the present invention. As described in the first embodiment, the detection sensitivity S can be improved by increasing the distance L between the test body 9 and the photodetector 7. However, the desirable value of L is 400 mm or more, which increases the device size of the laser displacement meter 100. Therefore, in the third embodiment, L is increased while suppressing an increase in the size of the laser displacement meter 100.

距離Ｌは、試験体９と光検出器７との間の光学的距離（光路長）を意味する。本実施形態３においては、第１レンズ１２と第２レンズ１３との間の光路において光反射部１４を配置することにより、第１レンズ１２と第２レンズ１３との間の距離を増やすことなく光路長を増やすことを図る。 The distance L means an optical distance (optical path length) between the test body 9 and the photodetector 7. In the third embodiment, by disposing the light reflecting portion 14 in the optical path between the first lens 12 and the second lens 13, without increasing the distance between the first lens 12 and the second lens 13. Try to increase the optical path length.

図５に示す光反射部１４は、１対の平板ミラー１５を備える。平板ミラー１５は、反射光の光路に沿って延伸しており、反射光が複数回反射するように配置されている。これにより平板ミラー１５間において反射光の光路長を実効的に増やすことができる。 The light reflection unit 14 shown in FIG. 5 includes a pair of flat plate mirrors 15. The flat mirror 15 extends along the optical path of the reflected light, and is arranged so that the reflected light is reflected multiple times. Thereby, the optical path length of the reflected light can be effectively increased between the flat mirrors 15.

図６Ａは、光反射部１４の変形例である。図６Ａにおける光反射部１４は、対向して配置された複数のミラー１６を備える。略平行光１７はいずれかのミラー１６に対して入射し、その反射光が別のミラー１６によって反射されることが繰り返され、これにより光路長を増加させている。 FIG. 6A is a modified example of the light reflecting section 14. The light reflecting portion 14 in FIG. 6A includes a plurality of mirrors 16 arranged to face each other. The substantially parallel light 17 is incident on any one of the mirrors 16 and the reflected light thereof is repeatedly reflected by another mirror 16, thereby increasing the optical path length.

図６Ｂと図６Ｃは、光反射部の別変形例である。光反射部１４は、光が通過する空洞を有する円筒１８または四角柱１９によって構成することもできる。空洞の内壁は光を反射するように構成されている。したがって円筒１８と四角柱１９は、光導波路として構成されている。第１レンズ１２は、略平行光１７を空洞入口に対して斜めに入射させる。これにより略平行光１７は、内壁によって反射されながら空洞を通過するので、光路長を増加させることができる。 6B and 6C show another modification of the light reflecting portion. The light reflecting portion 14 can also be configured by a cylinder 18 or a quadrangular prism 19 having a cavity through which light passes. The inner wall of the cavity is configured to reflect light. Therefore, the cylinder 18 and the quadrangular prism 19 are configured as an optical waveguide. The first lens 12 causes the substantially parallel light 17 to be obliquely incident on the cavity entrance. Thereby, the substantially parallel light 17 passes through the cavity while being reflected by the inner wall, so that the optical path length can be increased.

＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施形態４に係る超音波検査装置２００の構成図である。超音波検査装置２００は、超音波発生ユニット２３、レーザ変位計１００、制御ユニット２５、Ａ／Ｄ変換器２６、信号処理ユニット２７、画像化装置２８、を備える。超音波発生ユニット２３は、励起用レーザ２０、励起用レーザ２０を走査するための走査型ミラー２１、それらを同期するために必要な送信制御ユニット２２、を備える。超音波発生ユニット２３は、パルスレーザの他に圧電型または静電容量型の超音波発生素子でも構わない。レーザ変位計１００は、実施形態１〜３いずれかで説明したものであり、レーザ光１を照射するレーザ２９、光検出器７、などを備える。制御ユニット２５は、超音波発生ユニット２３とレーザ変位計１００を同期させる。制御ユニット２５は、送信制御ユニット２２による超音波発生時刻とレーザ変位計１００による計測時刻を揃えるためのものである。Ａ／Ｄ変換器２６は、レーザ変位計１００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。信号処理ユニット２７はそのデジタル信号に対して信号処理を実施する。画像化装置２８は、表面変位の検出結果を表す検出画像を作成する。 <Embodiment 4>
FIG. 7 is a configuration diagram of an ultrasonic inspection apparatus 200 according to the fourth embodiment of the present invention. The ultrasonic inspection apparatus 200 includes an ultrasonic wave generation unit 23, a laser displacement meter 100, a control unit 25, an A/D converter 26, a signal processing unit 27, and an imaging device 28. The ultrasonic wave generation unit 23 includes an excitation laser 20, a scanning mirror 21 for scanning the excitation laser 20, and a transmission control unit 22 required to synchronize them. The ultrasonic wave generation unit 23 may be a piezoelectric type or electrostatic capacity type ultrasonic wave generation element other than the pulsed laser. The laser displacement meter 100 has been described in any of the first to third embodiments, and includes a laser 29 that irradiates the laser light 1, a photodetector 7, and the like. The control unit 25 synchronizes the ultrasonic wave generation unit 23 and the laser displacement meter 100. The control unit 25 is for aligning the ultrasonic wave generation time by the transmission control unit 22 and the measurement time by the laser displacement meter 100. The A/D converter 26 converts the output from the laser displacement meter 100 from an analog signal into a digital signal. The signal processing unit 27 performs signal processing on the digital signal. The imaging device 28 creates a detection image representing the detection result of the surface displacement.

＜本発明の変形例について＞
以上の実施形態において、光検出器７としては、例えば特許文献１が記載しているようなスペックルナイフエッジ検出器を用いることができる。スペックルナイフエッジ検出器は、検出素子がマトリクス状に配置されており、各検出素子による検出結果を比較することによって光の入射位置などを検出することができる。本発明はこれに限られるものではなく、その他タイプの検出器においても用いることができる。すなわち、表面に凹凸を有する試験体の表面変位をレーザ光によって検出するレーザ変位計において、本発明を適用することができる。 <Regarding Modifications of the Present Invention>
In the above embodiment, as the photodetector 7, for example, a speckle knife edge detector as described in Patent Document 1 can be used. In the speckle knife edge detector, the detection elements are arranged in a matrix, and the incident position of light can be detected by comparing the detection results of the detection elements. The present invention is not limited to this and can be used in other types of detectors. That is, the present invention can be applied to a laser displacement meter that detects the surface displacement of a test body having irregularities on the surface by laser light.

９：試験体
１０：照射レンズ
１２：第１レンズ
１３：第２レンズ
１４：光反射部
１７：略平行光
２３：超音波発生ユニット
２５：制御ユニット
２６：Ａ／Ｄ変換器
２７：信号処理ユニット
２８：画像化装置
３２：ビームスプリッタ
１００：レーザ変位計 9: Test body 10: Irradiation lens 12: First lens 13: Second lens 14: Light reflection part 17: Substantially parallel light 23: Ultrasonic wave generation unit 25: Control unit 26: A/D converter 27: Signal processing unit 28: Imaging device 32: Beam splitter 100: Laser displacement meter

Claims

表面に凹凸がある試験体の表面変位を測定するレーザ変位計であって、
前記試験体に対してレーザ光を照射する照射部、
前記試験体から反射された前記レーザ光を集光して略平行光に変換する第１レンズ、
前記略平行光の光路上に配置され、前記略平行光を集束して出力する第２レンズ、
前記第２レンズが出力する光を検出する光検出器、
を備え、
前記照射部、前記第１レンズ、および前記第２レンズは、前記表面変位が生じているとき、前記照射部が照射するレーザ光の第１光軸と前記試験体から反射された前記レーザ光の第２光軸が重ならないように配置されている
ことを特徴とするレーザ変位計。 A laser displacement meter for measuring the surface displacement of a test body with unevenness on the surface,
An irradiation unit that irradiates the test body with laser light,
A first lens for converging the laser light reflected from the test body and converting it into substantially parallel light;
A second lens which is arranged on the optical path of the substantially parallel light and focuses and outputs the substantially parallel light;
A photodetector for detecting the light output by the second lens,
Equipped with
When the surface displacement occurs, the irradiation unit, the first lens, and the second lens have a first optical axis of the laser light irradiated by the irradiation unit and the laser light reflected from the test body. A laser displacement meter, wherein the second optical axis is arranged so as not to overlap.

前記第１レンズは、前記第１レンズと前記試験体の表面との間の距離が前記第１レンズの焦点距離以内となる位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement according to claim 1, wherein the first lens is arranged at a position where a distance between the first lens and a surface of the test body is within a focal length of the first lens. Total.

前記レーザ変位計はさらに、ビームスプリッタを備え、
前記ビームスプリッタは、前記照射部が出射した前記レーザ光を前記第１レンズに向かって反射するとともに、前記試験体から反射した前記レーザ光を前記第２レンズに向かって透過させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter further comprises a beam splitter,
The beam splitter is configured to reflect the laser light emitted from the irradiation unit toward the first lens and transmit the laser light reflected from the test body toward the second lens. The laser displacement meter according to claim 1, wherein

前記レーザ変位計はさらに、前記第１レンズを通過した前記略平行光が前記第２レンズに対して入射する前に前記略平行光を反射させることにより、前記第１レンズと前記第２レンズとの間の光路長を前記第１レンズと前記第２レンズとの間の距離よりも長くする、光反射部を備える
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter further reflects the substantially parallel light before the substantially parallel light that has passed through the first lens is incident on the second lens, thereby making the first lens and the second lens The laser displacement meter according to claim 1, further comprising a light reflecting portion that makes an optical path length between the first lens and the second lens longer than a distance between the first lens and the second lens.

前記光反射部は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置された第１および第２ミラーを備え、
前記第１ミラーは、前記第１レンズを透過した前記略平行光を前記第２ミラーに向かって反射させるように配置されており、
前記第２ミラーは、前記第１ミラーから反射された前記略平行光を前記第２レンズに向かって反射させるように配置されている
ことを特徴とする請求項４記載のレーザ変位計。 The light reflecting portion includes first and second mirrors arranged between the first lens and the second lens,
The first mirror is arranged so as to reflect the substantially parallel light transmitted through the first lens toward the second mirror,
The laser displacement meter according to claim 4, wherein the second mirror is arranged so as to reflect the substantially parallel light reflected from the first mirror toward the second lens.

前記第１レンズまたは前記第２レンズのうち少なくともいずれかは、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に複数個配置されている
ことを特徴とする請求項５記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter according to claim 5, wherein a plurality of at least one of the first lens and the second lens are arranged between the first lens and the second lens.

前記光反射部は、前記略平行光を通過させる光導波路を備え、
前記光導波路の内壁は、前記略平行光を反射させるように構成されており、
前記第１レンズは、前記光導波路の内部において前記略平行光が反射するように、前記光導波路に対して前記略平行光を入射させる
ことを特徴とする請求項４記載のレーザ変位計。 The light reflection portion includes an optical waveguide that allows the substantially parallel light to pass therethrough,
The inner wall of the optical waveguide is configured to reflect the substantially parallel light,
The laser displacement meter according to claim 4, wherein the first lens makes the substantially parallel light incident on the optical waveguide so that the substantially parallel light is reflected inside the optical waveguide.

前記光検出器は、アレイ状に配置された複数の光検出素子を備え、各前記光検出素子が検出した光信号を比較することにより、前記光検出器に対する光の照射位置と強度を検出することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The photodetector includes a plurality of photodetection elements arranged in an array, and detects the irradiation position and intensity of light with respect to the photodetector by comparing the optical signals detected by the photodetection elements. The laser displacement meter according to claim 1, wherein the laser displacement meter is configured to be capable of

前記第２レンズの開口数は前記第１レンズの開口数より小さい
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter according to claim 1, wherein the numerical aperture of the second lens is smaller than the numerical aperture of the first lens.

前記第１レンズと前記第２レンズとの間の光伝搬距離が４００ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter according to claim 1, wherein a light propagation distance between the first lens and the second lens is 400 mm or more.

前記第１レンズのＮＡ値は０．５以上である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ変位計。 The laser displacement meter according to claim 1, wherein the NA value of the first lens is 0.5 or more.

表面に凹凸がある試験体に対して励起レーザ光を入射させることにより表面変位を生じさせる超音波発生ユニット、
前記表面変位を測定するレーザ変位計、
を備え、
前記レーザ変位計は、
前記試験体に対してレーザ光を照射する照射部、
前記試験体から反射された前記レーザ光を集光して略平行光に変換する第１レンズ、
前記略平行光の光路上に配置され、前記略平行光を集束して出力する第２レンズ、
前記第２レンズが出力する光を検出する光検出器、
を備え、
前記照射部、前記第１レンズ、および前記第２レンズは、前記表面変位が生じているとき、前記照射部が照射するレーザ光の第１光軸と前記試験体から反射された前記レーザ光の第２光軸が重ならないように配置されている
ことを特徴とする超音波装置。 An ultrasonic wave generation unit that causes a surface displacement by making excitation laser light incident on a test body with unevenness on the surface,
A laser displacement meter for measuring the surface displacement,
Equipped with
The laser displacement meter,
An irradiation unit that irradiates the test body with laser light,
A first lens for converging the laser light reflected from the test body and converting it into substantially parallel light;
A second lens which is arranged on the optical path of the substantially parallel light and focuses and outputs the substantially parallel light;
A photodetector for detecting the light output by the second lens,
Equipped with
When the surface displacement occurs, the irradiation unit, the first lens, and the second lens have a first optical axis of the laser light irradiated by the irradiation unit and the laser light reflected from the test body. An ultrasonic device, wherein the second optical axis is arranged so as not to overlap.