CN110554402A - 测量设备和处理设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及测量设备和处理设备。测量设备测量被测对象的位移量或速度，该测量设备包括照射被测对象的照射光学系统，收集从被测对象发射的第一光束和第二光束以便使第一光束和第二光束彼此重叠的收集光学系统，检测其中第一光束和第二光束彼此叠加的叠加光的第一检测器，以及检测从收集光学系统发射的发射光束的部分光束的第二检测器。第二检测器的检测结果根据测量设备与被测对象之间的距离而改变。

Description

测量设备和处理设备
技术领域
本发明涉及一种使用光的测量设备，特别是非接触式位移计(速度计)，并且涉及使用该测量设备的处理设备。
背景技术
日本专利特许公开No.7-229911提出了一种速度计(长度测量仪器)作为已知的非接触式位移计，该速度计测量待测量对象的长度或在移动方向上的速度。
日本专利特许公开No.7-229911描述了一种激光多普勒位移计，该激光多普勒位移计将来自光源的光输出分成两个并将两个光束叠加在被测对象上。当被测对象穿过其中从不同方向朝着被测对象照射的两个光束彼此重叠的区域时，生成基于这两个光束的散射光的光束。通过用检测器检测由散射光的光束生成的干涉光，可以检测被测对象的位移(速度)。
但是，日本专利特许公开No.7-229911中描述的速度计只能检测被测对象在两个光束彼此重叠的区域中的位移。因此，存在如下问题：当两个光束彼此重叠的区域扩大时，换句话说，当可测量区域扩大时，照射光学系统变得相当大。
发明内容
本发明的测量设备是测量被测对象的位移量或速度的测量设备。该测量设备包括：照射光学系统，其将来自光源的光成形为照射光束并且用照射光束照射被测对象；收集光学系统，其收集从被测对象发射的第一光束和在不同于第一光束的方向的方向上从被测对象发射的第二光束以使第一光束和第二光束彼此重叠；第一检测器，检测在从收集光学系统发射的发射光束中的第一光束和第二光束彼此重叠的叠加光；以及第二检测器，检测从收集光学系统发射的发射光束的部分光束。在测量设备中，第二检测器的检测结果根据测量设备与被测对象之间的距离而改变，以及，基于第一检测器的检测结果和第二检测器的检测结果，测量设备输出位移量或者速度。
参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是例示已知位移计的概要的图。
图2A和图2B是例示本实施例的位移计的概要的图。
图3是例示第二示例实施例的图。
具体实施方式
在激光多普勒方法中，从光源发射的光被成形为照射光束并照射在移动对象上(用来自光源的光照射移动对象)。由移动对象散射的光的光学频率由于多普勒频移而改变，并且在干涉信号中生成拍频。通过观察上述频率的分量来计算移动对象的移动速度。
将使用已知的激光多普勒位移计(速度计或使用光的测量设备)的配置来描述基于激光多普勒方法的速度计的原理。
图1中例示了已知激光多普勒位移计的配置的概要。
从光源101输出的光传播通过准直透镜102并变成平行光。这里，虽然来自光源的光(光束)通过准直透镜的作用被转换成平行光束，但是转换不限于这种转换，光可以被转换成会聚光束。从光源输出的光的波长被称为λ。随后，用诸如衍射光栅或分束器之类的分光元件103将光束分成两个光束。用收集光学系统104将每个光束收集到特定位置。收集上述光的角度被称为ψ。当被测对象105处于两个光束彼此重叠的位置处时，两个光束的干涉光被散射，并且由光接收单元107经由光接收光学系统106检测散射光。这里，当V是被测对象105的移动速度并且F是检测到的信号的频率时，获得以下关系表达式(1)。根据检测到的信号的频率，利用(1)获得被测对象的移动速度V。可以通过移动速度V的时间积分来计算被测对象的移动位移。由此，已知的激光多普勒位移计用作位移计。
此外，可以在分光元件103和两个光束彼此重叠的聚光位置之间设置调制光频率的机构，诸如光声光学调制器(AOM)、电光调制器(EOM)或光路长度改变元件。由此，两个光束将具有彼此不同的光学频率，并且即使当被测对象静止时，检测信号也将具有拍频的频率分量，并且速度0将是可检测的。
利用表达式(1)，关于彼此干涉的散射光的光束，通过准确地确定来自移动对象的散射光的传播角度和波长，可以实现高度准确的速度测量。
在日本专利特许公开No.7-229911中描述的已知的激光多普勒位移计中，两个光束的照射角度基于光学设计，此外，光接收单元的位置是固定的；因此，散射光的传播角度是确定的。由于上述原因，可以计算速度。
本实施例的特征在于，照射光是单个光束，并且包括测量到被测对象的距离(获得距离信息)的距离测量机构。照射在被测对象上的光被散射到各个方向，传播通过光接收光学系统，并被光接收单元接收。光接收单元输出具有与表达式(1)中的F对应的频率的电信号。由于照射光是单个光束，因此光路被确定，并且距离测量机构测量设备与被测对象之间的距离(获得了距离信息)；因此，接收到的散射光的角度是已知的。照射光的波长由光源的规格决定。如上所述，通过将来自光接收单元的电信号的频率F和由距离测量机构计算的参考角度代入表达式(1)，可以计算被测对象的移动速度。
将参考图2A和图2B描述本实施例的激光多普勒位移计(光学多普勒位移计、激光多普勒速度计或光学多普勒速度计)的概要。部件的附图标记将在图2A中示出，并且下面用于描述原理的表达式的标题(caption)将在图2B中示出。示例实施例的测量设备检测被测对象(要测量的对象或移动对象)203在图2A和图2B中的左右方向(通常，左方向和右方向之间的任一方向)上的移动量(位移量)或移动速度。这里，存在这样的情况：其中当被测对象在左右方向上移动时，被测对象本身在上下方向(在图2A和图2B的图中的上下方向或到测量设备的距离改变的方向)上稍微移动。由于被测对象在上下方向上的移动，测量结果中出现误差。本示例实施例的测量设备减少了这种误差。
准直透镜(照射光学系统或照明光学系统)202首先将从光源201输出的光转换(成形)为平行光(基本上平行的光)，并将平行光(照射光束)照射(照明)到被测对象203上。这里，平行光与垂直于被测对象的被照明表面的线延伸的方向之间的角度的绝对值(平行光到被测对象的入射角)优选地小于10度(更优选地，小于5度)。要注意的是，垂直于被测对象的被照明表面的方向可以被读取为垂直于被测对象的移动方向的方向。
由被测对象203散射的光(经由被测对象的光或从被测对象发射的光)的一部分入射在第一光路上的第一光接收光学系统204上，并且其另一部分入射在第二光路上的第二光接收光学系统205上。此外，收集光学元件(收集光学系统或叠加光学系统)206具有使从第一光接收光学系统和第二光接收光学系统发射的光束彼此重叠(在单个点处重叠)的折光力(光焦度或焦距)。要注意的是，收集光学元件206实际上不必与从第一光接收光学系统和第二光接收光学系统发射的光束重叠，并且在收集光学元件之后没有光学系统的情况下，收集光学元件206具有使从第一光接收光学系统和第二光接收光学系统发射的光束彼此重叠的折光力就足够了。
从收集光学元件(收集光学系统)206发射的光束(发射光束)的一部分被分离，并且从第一光接收光学系统和第二光接收光学系统发射的光束在重叠的状态下入射在光接收元件20上。光接收元件208检测光束(叠加光束或由于重叠而已经发生干涉的光束)，该光束是其中从被测对象在不同方向上散射的光束(入射在第一光接收光学系统和第二光接收光学系统上的光束)处于重叠的状态的光束。在示例性实施例中，分光元件207紧接在收集光学元件206之后并且在两个光束彼此重叠之前部署在光路上；但是，配置不限于此，并且分光元件207可以部署在两个光束彼此重叠的位置处，或者部署在两个光束在彼此重叠之后彼此分离的位置处。
从收集光学元件发射的光束的其它部分入射在距离测量机构(光接收元件)209上，该距离测量机构部署在来自第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的光束不在单个点处收集的位置(与收集光学元件的焦点位置不同的位置)处。距离测量机构(光接收元件)209被配置为使得来自被测对象的散射光的入射位置根据被测对象203的位置(距测量设备的距离或距第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的距离)而不同。换句话说，当被测对象在Z方向上的位置改变时，在距离测量机构中，来自被测对象的散射光入射在光接收元件(光电转换元件)上的位置(光在检测器内部的入射位置)改变。因此，可以从距离测量机构209的检测结果获得稍后描述的到被测对象的距离或θc。要注意的是，θc是紧接在两个光束由被测对象散射之后在两个光束之间形成的角度的一半，该两个光束在由被测对象散射之后通过第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的焦点位置并且变得彼此平行。
要注意的是，来自光接收元件208的光学输出信号包括与被测对象203的移动速度对应的拍频。与此同时，由距离测量机构209检测透射通过分光元件207而没有被反射的光，并且计算位移计200与被测对象203之间的距离。根据计算出的位移计200与被测对象203之间的距离，计算散射光相对于照射光的光轴的角度θi，并且用角度θi代替表达式(1)中的ψ，被测对象的移动速度V通过使用从光源输出的波长λ和观察到的频率F而获得。
光接收光学系统204和205与被测对象203之间的距离为z，每个光接收光学系统204和205的焦距为fi，并且每个光接收光学系统的位置为z＝0的距离参考。照射光的光轴的中心与光接收光学系统204或205的中心之间的距离是Dci，并且光束的中心传播通过光接收光学系统204或205的位置(散射光传播通过该位置)与照射光的光轴的中心之间的距离是D。使传播通过第一光路和第二光路的光束重叠的收集光学元件206与重叠位置之间的距离是fc，并且重叠位置与用作距离测量机构的传感器的线传感器209之间的距离是lLS。当使传播通过第一光路和第二光路的光束彼此重叠时，光束的光轴的角度均为θc。当线传感器209的中心与检测到散射光的位置之间的长度是xLS时，下式成立。
光接收光学系统与被测对象203之间的距离z如下。
当线传感器209的像素尺寸是ΔxLS并且像素数是-N/2≤k≤N/2时，数学表达式(2)和(3)被重写为
xLS＝k×△xLS(4)，并获得以下结果。
因此，由于像素尺寸引起的距离方向上的不确定性如下。
将描述来自被测对象的散射光的角度θi。线传感器209的中心与检测到散射光的位置之间的长度xLS如下。
并且θi如下。
当使用像素尺寸ΔxLS和像素数k重写表达式(8)时，
成立，并且角度的不确定性如下。
由于是基于表达式(1)计算出的速度，因此，取决于角度的不确定性，速度也变得不确定。
第一示例实施例
参考图2A和图2B，将描述第一示例性实施例的激光多普勒位移计(速度计)。要注意的是，图2A和图2B的纸张表面的左右方向是x方向(右侧是+)，图2A和图2B的纸张表面的上下方向是z方向(上侧是+)，并且垂直于纸张表面的、与x方向和z方向二者都正交的方向是y方向(背侧是+)。换句话说，本示例实施例的测量设备检测x方向上的位移和速度。换句话说，x方向是在包括第一光接收光学系统(第一光学系统)的光轴和第二光接收光学系统(第二光学系统)的光轴的平面内并且垂直于以上两个光轴中的至少任一个光轴的方向。此外，z方向是第一光接收光学系统和第二光接收光学系统(第一光学系统和第二光学系统)中的每一个光接收光学系统的光轴方向，并且y方向是垂直于第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的光轴方向的方向，换句话说，是垂直于包括上述第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的两个光轴的平面的方向。检测被测对象在z方向上的位置，并且该结果被用于提高被测对象在x方向上的位移和速度的检测准确度。
在光源201中使用波长为650nm的激光二极管。输出光通过准直透镜202变成平行光束并照射在被测对象203上。第一光接收光学系统204和第二光接收光学系统205各自具有10mm的直径，并且各自使用焦距为10mm的透镜。部署每个光接收光学系统的透镜，使得透镜的中心位于距照射光的光轴10mm的位置处。收集光学元件206的直径为25mm，并使用焦距为25mm的透镜。用作分光元件207的半反射镜(halfmirror)(分离光学系统或叠加光学系统)插入在透镜和收集光学元件206的焦点位置之间，使得一部分散射光传播到光接收元件208。光接收元件208是光电探测器，其具有直径为1mm的传感器，并且使用具有10MHz响应速度的传感器。线传感器被用于距离测量机构209。线传感器209部署在距已经透射通过半反射镜207的光的聚光位置20mm的距离处，以便接收传播通过第一光路的散射光。线传感器209的像素尺寸为10μm并包括2048个像素。因此，传感器尺寸约为20mm。
利用上述配置，位移计200与被测对象203之间的距离(可测量的深度范围)变为30mm到无穷大。随着距离的增加，可测量的速度变得更大，而1米远时，可以执行直到大约162米/秒的速度的测量。但是，速度分辨率变得劣化并且不确定性变得更大。当距离为1米远时，不确定性约为12.5％。在本示例实施例中，位移计200与被测对象203之间的距离约为100mm。在这种情况下，最大可测量速度约为14.7米/秒，误差在±10mm范围内约为1％。
本示例实施例能够提供一种位移计或速度计，该位移计或速度计关于测量设备与被测对象之间的距离具有宽的可允许范围。此外，可以提供能够增加可测量区域的位移计(速度计)，特别是在距离测量设备的距离方向上具有大的可测量区域的位移计(速度计)。要注意的是，在本示例性实施例中使用上述光学元件；但是不限于上述光学元件，可以使用具有类似功能的任何元件。此外，可以根据目的改变数值。例如，光源不限于激光二极管，并且波长可以根据被测对象来选择。此外，不限于单透镜光学系统，光接收光学系统或收集光学系统可以使用多个透镜或者可以使用镜子等。分光元件不限于半反射镜，也可以使用衍射光栅等。
第二示例实施例
参考图3，将描述第二示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)。坐标系与第一示例实施例(图1)的坐标系相同。
与第一示例实施例不同，干涉半反射镜301部署在由收集光学元件206散射的光束被收集并且彼此重叠的位置处。通过透射通过干涉半反射镜301，生成第一干涉光和第二干涉光。第一干涉光和第二干涉光的部分被用作第一分光元件和第二分光元件的半反射镜302和303反射，由第一光接收单元304和第二光接收单元305接收，并被转换成第一干涉信号和第二干涉信号。利用差分检测器306，检测第一干涉信号与第二干涉信号之间的差异。DC分量被抵消，并且仅振动分量是期望的。要注意的是，为了使第一光接收单元304和第二光接收单元305高效地执行检测，可以在半反射镜302和光接收单元304之间以及在半反射镜303和光接收单元305之间插入光学系统，使得波前得到校正。
在本示例实施例中，能够移除DC分量并能够仅提取多普勒频率分量，并且SN比增加。
将光分路以测量距离的半反射镜207可以位于收集光学元件206和干涉半反射镜301之间，或者位于干涉半反射镜301和光接收单元302或303之间。
第三示例实施例
在第三示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，在光接收光学系统204和205中的每一个与被测对象203之间的焦点位置处插入孔径(aperture)。
在本示例实施例中，散射光的光路受到限制；因此，散射光的角度受到限制，并且能够增加测量距离和速度的准确度。
第四示例实施例
在第四示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)的情况下，照射光不是平行光(准直光)，并且照射透镜插入在光源和被测对象之间，使得会聚点设置在特定距离处。激光束具有良好的线性度，并作为平行光传播到一定距离；但是，激光束实际上略微发散。因此，当位移计与被测对象之间的距离变大时，照射光的光束直径变得更大，并且散射角的增加变得更大。因此，速度准确度劣化。在本示例实施例中，即使在一定距离处，光束直径受到限制，抑制了接收到的散射光的角度的增加，并且能够提高速度准确度。
在本示例实施例中，在10m的距离处收集光。入射在照射透镜上的光束的直径为4mm，并且在10m的距离处的光束的直径为2mm。
第五示例实施例
在第五示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，在对测量设备与被测对象之间的距离进行测量的距离测量机构中使用的线传感器209的前面，插入放大光学系统。在利用本示例实施例的测量设备测量距离时，距离的差异变为入射在光学系统上的散射光的角度的差异，因此，该差异反映到入射在线传感器上的位置的差异。因此，通过插入放大光学系统，线传感器上的位置的差异变大，并且距离分辨率和角度分辨率能够提高。因此，计算出的速度分辨率也得到提到。
第六示例实施例
在第六示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，在距离测量机构中使用的线传感器209的前面，插入校正光学系统。如在表达式(3)或表达式(8)中那样，距离z或角度θi以及由线传感器接收的散射光的位置不是线性函数关系。因此，存在如下问题：当位移计与被测对象之间的距离变大时，距离z或角度θi的分辨率(检测分辨率)变得劣化(变小)。
因此，在本示例实施例中，利用校正光学系统，距离z或角度θi以及由线传感器接收的散射光的位置xLS在一定距离范围内(在本示例实施例中是在100mm±10mm的范围内)设定成线性函数关系。
对于本示例性实施例，即使当位移计与被测对象之间的距离改变时，距离z或角度θi的分辨率也不会改变，并且能够以均匀的准确度测量位移(与在没有校正光学系统的情况下相比，能够以均匀的准确度(其中能够降低分辨率的改变量或者能够抑制分辨率的改变)来测量位移)。
第七示例实施例
在第七示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，在距离测量机构中使用的线传感器209的前面插入范围内校正光学系统(in-range correction optical system)。范围内校正光学系统在一定距离范围内(在本示例性实施例中是在100mm±10mm的范围内)增加距离z或角度θi的分辨率，并且当超出该距离范围时劣化分辨率(检测分辨率)。换句话说，当在预定范围内时位移计与被测对象之间的距离的检测分辨率被设定为高于当在预定范围之外时的距离的检测分辨率(设定在更高分辨率)。
利用本示例实施例，即使在线传感器的像素尺寸和像素数受限时，也可以在特定距离范围内执行高度准确的位移测量。
第八示例实施例
将描述第八示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)。在本示例实施例中，假设光接收光学系统204和光接收光学系统205是像具有与被测对象的聚焦点的单个透镜一样起作用的光学系统的情况。在这种情况下，仅接收传播到像单个透镜一样起作用的光接收光学系统的相对于照射光的光轴的外部(两个光学系统的光轴之间的区域之外)的光。因此，在第八示例实施例中，使用其中像单个透镜一样起作用的光接收光学系统相对于照射光的光轴的内侧(两个光学系统的光轴之间的区域)被切掉的透镜。
利用本示例性实施例，可以减小位移计的尺寸和重量。
第九示例实施例
在上述示例实施例中，在由距离测量机构中使用的线传感器(光电转换元件)209检测的散射光的波形数据(强度分布或数据波形)当中，光强度变得最大的像素位置已经被使用。换句话说，已经基于光强度变得最大的像素位置(像素的中心位置)计算出测量设备与被测对象之间的距离或来自被测对象的散射光的入射角。具体而言，已经基于表达式(3)或表达式(8)执行了上述计算。
在第九示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，对由距离测量机构中使用的线传感器209检测(获得)的散射光的波形数据(光强度分布)执行数据处理。
执行诸如内插或拟合(或两者)之类的数据处理。通过执行这种数据处理，可以增加峰值检测准确度(检测光强度分布中的峰值位置的准确度)，并且可以增加到被测对象的距离或者来自被测对象的散射光的入射角度的准确度。此外，最终，可以改进被测对象的测量方向(图2A和图2B中的左右方向)上的位移量的检测准确度，以及速度的检测准确度。
第十示例实施例
在第十示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，利用距离测量机构检测传播通过第一散射光光路和第二散射光光路中的每个光路的光束。通过计算和平均检测到的数据来计算距离和角度。可替代地，可以根据两个峰值位置之间的距离来计算距离和角度。
如在本示例实施例中那样，通过使用两个信号，可以平均第一散射光与第二散射光的光路之间的差异，并且可以减小调节负荷。
第十一示例实施例
在第十一示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，光接收元件是多传感器(multisensor)。在激光多普勒位移计中，由于由散射光的随机重叠造成的光的抵消，会发生其中干涉信号的强度变为零(nil)的称为丢失(dropout)的现象。在本示例实施例中，由于存在多个光接收元件，因此，即使任一光接收部分中的干涉信号的强度变为零，该信号也从另一个光接收部分输出。因此，能够避免丢失。
第十二示例实施例
第十二示例实施例涉及一种测量系统。在该测量系统中，在上述激光多普勒位移计(速度计)中的机构当中，省略了距离测量机构，并且使用不同的距离测量传感器(能够获取距离信息的设备)。在本示例实施例中，使用距离测量传感器，该距离测量传感器使用利用激光的三角测量(triangulation)。在距离测量传感器中使用的激光束的波长是532nm，这与位移计中使用的波长(650nm)不同。通过使波长彼此相差100nm或更多(长波长为短波长的105％或更多，更优选地，110％或更多)，避免了两者之间的干扰。
利用本示例实施例，能够进一步提高距离测量准确度，并且能够增加散射光的角度的准确度和测得的速度的准确度。
要注意的是，距离测量传感器不必是使用利用激光的三角测量的传感器，而是可以使用图案投影或迈克尔逊(Michelson)干涉仪。此外，不限于非接触式传感器，该传感器可以是接触式传感器。
第十三示例实施例
在第十三示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，测量被测对象在y方向上的位移，其中y方向与第一光接收光学系统和第二光接收光学系统进行测量的位移方向(x方向)正交。要注意的是，y方向是垂直于由第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的两个光轴形成的平面的方向(垂直于照射光的光轴方向的方向)。本示例实施例的特征在于包括测量被测对象在y方向上的位移(速度)的第三光接收光学系统、第四光接收光学系统和第二光接收元件。参考附图，x方向是纸张表面的左右方向，z方向是纸张表面的上下方向，并且y方向是纸张表面的深度方向。
如果被测对象具有均匀地散射光的表面，那么散射光在所有方向上传播。在上述示例实施例中，利用第一光接收光学系统和第二光接收光学系统测量第一方向(x方向)上的位移。在本示例实施例中，通过还具有第三光接收光学系统、第四光接收光学系统以及第二光接收元件，能够测量与第一方向(x方向)正交的第二方向(y方向)上的位移。
此外，可以根据第一位移和第二位移计算倾斜方向上的位移。
第十四示例实施例
第十四示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)具有与第十示例实施例的配置相同的配置。对已经通过距离测量机构测得的、已经传播通过第一散射光光路和第二散射光光路的光束的第一数据和第二数据的强度值进行比较，并确定被测对象相对于照射光的光轴的倾斜度。
一般而言，散射光的光量在反射光轴周围直接减小。因此，当被测对象倾斜时，传播通过第一散射光光路和第二散射光光路的光量不同。因此，通过比较由距离测量机构测得的第一数据与第二数据的强度值，可以确定被测对象的被测表面相对于照射光的光轴是否倾斜。
在本示例实施例中，当安装位移计时，在指示已经经由第一光接收光学系统到达距离测量机构的光的强度的第一数据与指示已经经由第二光接收光学系统到达距离测量机构的光的强度的第二数据之间进行比较。作为比较的结果，当失去平衡时，控制驱动机构，驱动机构自动调节照射光的光轴或第一光接收光学系统和第二光接收光学系统的光轴。
通过这样做，在测量位移的同时确定被测对象的被测表面是否倾斜，并且可以检测运输系统或被测对象的变形。要注意的是，期望的是在如下的情况下自动调节照射光学系统(或其光轴)的倾斜度：当在第一数据(第一散射光光路的光强度)与第二数据(第二散射光光路的光强度)之间进行比较时，大数据为小数据的120％或更多(更优选地，105％或更多)。
此外，在初始安装步骤中，可以基于两者的强度值的平衡的测量结果来调节光学系统的倾斜度。
第十五示例实施例
在第十五示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中，使用以下表达式(11)，利用由位移计测得的移动方向上的位移x以及由距离测量机构测得的距离位移z来计算被测对象的长度l。
此外，通过使用第十三示例实施例的位移计，可以测量与x和z都正交的位移y，并且可以通过以下表达式来计算被测对象的长度l。
利用本示例实施例，即使当被测对象在除移动方向之外的方向上振动时，也可以计算准确的长度。特别地，由于织物、线材等容易振动，因此位移误差趋于变大。本示例实施例能够减小误差的大小。
第十六示例实施例
第十六示例实施例是使用第一示例实施例至第十五示例实施例的激光多普勒位移计(速度计)中的任一个的位移计的处理设备的示例。该处理设备包括处理被处理对象(被测对象)的处理单元、控制处理单元的控制单元，以及向控制单元输入控制信号的输入设备。在该处理设备中，感测(检测)用处理单元处理的被处理对象的长度变为预设长度的情况，或其中被处理对象移动(在被处理之后移动)预设距离的情况。以上感测触发输入单元向控制单元发送控制信号，该控制信号停止处理单元对被处理对象的形成(或移动)操作，或者切割被处理对象。
利用本示例实施例，由于能够停止被测对象或者能够以准确的长度切割被测对象，因此能够执行高度准确和快速的处理。
第十七示例实施例
在第十七示例实施例的处理设备中，给出了被测对象的x、y和z位移的反馈，并且可以在动态处理(processing on the fly)时同步地执行处理。
即使当被测对象在不同于传输方向的方向上移动时，也可以利用本示例实施例执行高精度处理。
如上所述，示例实施例均能够提供具有关于测量设备与被测对象之间的距离的宽可允许范围的位移计或速度计。此外，可以提供能够增加可测量区域的位移计(速度计)，特别是在距离测量装置的距离方向上具有大的可测量区域的位移计(速度计)。虽然已经描述了本公开的优选示例实施例，但是本公开不限于所述示例实施例，并且可以在本公开的主旨内进行变形和修改。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (19)

1.一种测量被测对象的位移量或速度的测量设备，其特征在于，所述测量设备包括：
照射光学系统，将来自光源的光成形为照射光束并且用照射光束照射被测对象；
收集光学系统，收集从被测对象发射的第一光束和在不同于第一光束的方向的方向上从被测对象发射的第二光束以使第一光束和第二光束彼此重叠；
第一检测器，检测在从收集光学系统发射的发射光束中的第一光束和第二光束彼此重叠的叠加光；以及
第二检测器，检测从收集光学系统发射的发射光束的部分光束，
其中，第二检测器的检测结果根据测量设备与被测对象之间的距离而改变，以及
其中，基于第一检测器的检测结果和第二检测器的检测结果，测量设备输出位移量或者速度。
2.根据权利要求1所述的测量设备，
其中照射光束是单个光束，以及
其中照射光学系统用所述单个光束照射被测对象。
3.根据权利要求1所述的测量设备，其中照射光学系统被配置为：在将来自光源的光成形为单个平行光束或单个会聚光束之后，将所述单个平行光束或所述单个会聚光束照射在被测对象上。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其中在照射光束入射在被测对象上的角度的绝对值小于10度时，照射光学系统将照射光束照射在被测对象上。
5.根据权利要求1所述的测量设备，其中第二检测器被配置为根据测量设备与被测对象之间的距离来改变输出信号。
6.根据权利要求1所述的测量设备，其中第二检测器被配置为根据来自被测对象的光入射在收集光学系统上的角度来改变输出信号。
7.根据权利要求5所述的测量设备，其中输出信号的改变是由于部分光束入射在第二检测器中的光电转换元件上的位置的改变而发生的改变。
8.根据权利要求1所述的测量设备，其中收集光学系统包括接收第一光束的第一光学系统和接收第二光束的第二光学系统，第一光学系统和第二光学系统是彼此不同的光学系统。
9.根据权利要求8所述的测量设备，
其中第一光学系统和第二光学系统被部署成使得焦点位于第一光学系统和第二光学系统中的每一个与被测对象之间，以及
其中在第一光学系统和被测对象之间的焦点所在处以及在第二光学系统和被测对象之间的焦点所在处设置孔径。
10.根据权利要求8所述的测量设备，还包括：
第三光学系统，其检测被测对象在垂直于包括第一光学系统的光轴和第二光学系统的光轴二者的平面的方向上的位移量或速度。
11.根据权利要求8所述的测量设备，
其中，通过比较经由第一光学系统已经到达第二检测器的光的强度与经由第二光学系统已经到达第二检测器的光的强度来确定被测对象是否相对于照射光的光轴倾斜。
12.根据权利要求1所述的测量设备，还包括：
分离光学系统，将从收集光学系统发射的发射光束分离成朝着第一检测器发射的光束和朝着第二检测器发射的光束，分离光学系统使第一光束和第二光束在第一检测器上彼此重叠。
13.根据权利要求8所述的测量设备，
其中，基于被测对象在垂直于包括第一光学系统的光轴和第二光学系统的光轴二者的平面的方向和在该平面内延伸并垂直于第一光学系统的光轴的方向中的每一个方向中的位移量或速度的检测结果，输出被测对象的位移量或速度。
14.根据权利要求1所述的测量设备，
其中第二检测器是线传感器。
15.根据权利要求1所述的测量设备，还包括：
校正光学系统，其基于第二检测器的检测结果来抑制测量设备与被测对象之间的距离的分辨率的降低，该降低是由于测量设备与被测对象之间的距离的增加造成的。
16.根据权利要求1所述的测量设备，还包括：
光学系统，其中当测量设备与被测对象之间的距离在预定范围内时，测量设备与被测对象之间的距离的检测分辨率被设定为高于在预定范围之外时的检测分辨率。
17.根据权利要求1所述的测量设备，
通过对由第二检测器获取的波形数据进行内插、拟合或者这两者，增加测量设备与被测对象之间的距离的检测分辨率。
18.一种测量系统，其特征在于，包括：
测量设备，其测量被测对象的位移量或速度，该测量设备包括将来自光源的光成形为照射光束并且用所述照射光束照射被测对象的照射光学系统，收集从被测对象发射的第一光束和在不同于第一光束的方向的方向上从被测对象发射的第二光束以使第一光束和第二光束彼此重叠的收集光学系统，检测在从收集光学系统发射的发射光束中的第一光束和第二光束彼此重叠的叠加光的检测器；以及
距离测量传感器，其测量被测对象与测量设备之间的距离；
通过使用由距离测量传感器输出的距离信息校正由测量设备输出的位移量或速度，输出被测对象的位移量或速度。
19.一种处理设备，其特征在于，包括：
处理单元，处理被处理对象；
根据权利要求1至17中任一项所述的测量设备，其测量被处理对象的位移量或速度；以及
控制单元，根据测量设备的测量结果来控制处理单元。
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