DE102010062627B3 - Methods and apparatus for measuring length - Google Patents

Methods and apparatus for measuring length Download PDF

Info

Publication number
DE102010062627B3
DE102010062627B3 DE201010062627 DE102010062627A DE102010062627B3 DE 102010062627 B3 DE102010062627 B3 DE 102010062627B3 DE 201010062627 DE201010062627 DE 201010062627 DE 102010062627 A DE102010062627 A DE 102010062627A DE 102010062627 B3 DE102010062627 B3 DE 102010062627B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light beam
amplitude
correction
phase
detector
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE201010062627
Other languages
German (de)
Inventor
Bernd Spruck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss AG
Original Assignee
Carl Zeiss AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss AG
Priority to DE201010062627 priority Critical patent/DE102010062627B3/en
Priority to PCT/EP2011/072208 priority patent/WO2012076654A2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102010062627B3 publication Critical patent/DE102010062627B3/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S2013/466—Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two antennas or two sensors determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the antennas or sensors, the position data of the target is determined

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur Längenmessung bereitgestellt. Dabei wird ein Lichtstrahl (10) nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer zu messenden Strecke detektiert, eine Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz (12) bestimmt, eine Länge der Strecke in Abhängigkeit von der Phasenlage bestimmt und eine Korrektur in Abhängigkeit von einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls durchgeführt.Methods and devices for length measurement are provided. A light beam (10) is detected after at least one passage through a distance to be measured, a phase position of the detected light beam is determined compared with a reference (12), a length of the distance is determined depending on the phase position and a correction is made depending on an amplitude of the detected light beam performed.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Längenmessung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung solche Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen optische Messverfahren, beispielsweise mittels eines Lasers, zum Einsatz kommen.The invention relates to methods and devices for length measurement. In particular, the present invention relates to such methods and apparatus in which optical measuring methods, for example by means of a laser, are used.

Ein Anwendungsgebiet derartiger Verfahren und Vorrichtungen zur Längenmessung ist die Positionsbestimmung. Beispielsweise kann durch drei linear unabhängige Längenmessungen eine Position eines Objekts in einem dreidimensionalen Raum durch Trilateration bestimmt werden. Für Positionsbestimmungen von Objekten, welche sich nur in einer Ebene, d. h. in zwei Dimensionen, beziehungsweise nur entlang einer festgelegten Bahn, d. h. in einer Dimension, bewegen, sind dementsprechend nur zwei oder nur eine unabhängige Längenmessung(en) nötig. Auch ist für eine dreidimensionale Positionsbestimmung statt der Bestimmung von drei unabhangigen Längen auch eine Kombination von Längen- und Winkelmessungen möglich, beispielsweise die Bestimmung einer Länge und zweier Winkel.One application of such methods and devices for length measurement is the position determination. For example, by three linearly independent length measurements, a position of an object in a three-dimensional space can be determined by trilateration. For position determinations of objects that are only in one plane, d. H. in two dimensions, or only along a fixed path, d. H. in one dimension, move accordingly, only two or only an independent length measurement (s) are required. Also, for a three-dimensional position determination instead of the determination of three independent lengths, a combination of length and angle measurements is possible, for example the determination of a length and two angles.

Koordinatenmessgeräte sind ein beispielhaftes Anwendungsgebiet, bei dem eine Positionsbestimmung in einem dreidimensionalen Raum mit einer möglichst hohen Genauigkeit wünschenswert ist.Coordinate measuring machines are an exemplary field of application, in which a position determination in a three-dimensional space with the highest possible accuracy is desirable.

Derartige Längenmessungen können beispielsweise durch Messung einer von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Licht, zurückgelegten Weglänge durchgeführt werden. Dazu durchläuft die elektromagnetische Strahlung einen Weg zwischen einer Referenzposition und dem Objekt einmal oder mehrfach, sodass aus der von der Strahlung zurückgelegten Weglänge die Entfernung ableitbar ist.Such length measurements can be carried out, for example, by measuring a path length covered by electromagnetic radiation, for example light. For this purpose, the electromagnetic radiation passes through a path between a reference position and the object once or several times, so that the distance can be derived from the path length traveled by the radiation.

Ein Beispiel einer Vorrichtung zur optischen Längenmessung ist in 5 schematisch dargestellt. Dabei emittiert eine gepulste Lichtquelle 50, insbesondere ein Kurzpulslaser mit fester Repetitionsrate, einen gepulsten Lichtstrahl 51. Der Lichtstrahl 51 durchläuft einen ersten Strahlteiler 52, in welchem ein Teil des Lichtstrahls als Referenzstrahl ausgekoppelt wird und zu einem ersten Detektor 55 gelenkt wird. Der nicht ausgekoppelte Teils des Lichtstrahls 51 durchläuft einen zweiten Strahlteiler 53 und gelangt zu einem Retroreflektor 54, dessen Entfernung zu einem festen Bezugspunkt, welcher einem festen Punkt der aus den Elementen 50–53, 55–58 umfassenden Vorrichtung entsprechen kann, zu bestimmen ist. Der Retroreflektor 54 kann dabei beispielsweise an einem Objekt angebracht sein, dessen Position letztendlich bestimmt werden soll.An example of a device for optical length measurement is shown in FIG 5 shown schematically. It emits a pulsed light source 50 , in particular a short pulse laser with a fixed repetition rate, a pulsed light beam 51 , The light beam 51 goes through a first beam splitter 52 in which a part of the light beam is coupled out as a reference beam and to a first detector 55 is steered. The undocked part of the light beam 51 goes through a second beam splitter 53 and gets to a retroreflector 54 whose distance to a fixed reference point, which is a fixed point of the elements 50 - 53 . 55 - 58 comprehensive device can be determined. The retro reflector 54 For example, it may be attached to an object whose position is ultimately to be determined.

Von dem Retroreflektor 54 reflektiertes Licht wird über den zweiten Strahlteiler 53 zu einem zweiten Detektor 56 gelenkt.From the retroreflector 54 reflected light is transmitted through the second beam splitter 53 to a second detector 56 directed.

Der erste Detektor 55 und der zweite Detektor 56 wandeln den ihnen jeweils zugeführten Lichtstrahl in ein jeweiliges elektrisches Signal, beispielsweise ein Spannungssignal, um. Eine Phasenauswerteschaltung 57 bestimmt eine Phasendifferenz bzw. einen Phasenwinkel zwischen den von dem ersten Detektor 55 und von dem zweiten Detektor 56 gelieferten Signalen und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal, welches beispielsweise proportional zur der Phasendifferenz ist, an eine Auswerteeinrichtung 58 aus, welche aus der Phasendifferenz, welche von der Laufzeit des Lichts zu dem Retroreflektor 54 abhängt, die Entfernung des Retroreflektors 54, d. h. die gesuchte Länge, bestimmt.The first detector 55 and the second detector 56 convert the respective light beam supplied to them into a respective electrical signal, for example a voltage signal. A phase evaluation circuit 57 determines a phase difference or a phase angle between those of the first detector 55 and from the second detector 56 supplied signals and outputs a corresponding output signal, which is for example proportional to the phase difference, to an evaluation device 58 resulting from the phase difference, which of the duration of the light to the retroreflector 54 depends on the distance of the retroreflector 54 , ie the length searched, determined.

Nähere Details derartiger Systeme sind beispielsweise in der DE 10 2008 045 386 A1 beschrieben.Further details of such systems are for example in the DE 10 2008 045 386 A1 described.

Es ist zu bemerken, dass die unter Bezugnahme auf 5 diskutierte Anordnung lediglich als Beispiel dient, und auch andere Messanordnungen möglich sind. Beispielsweise können anstelle von Freistrahloptiken auch entsprechende optische Faserkomponenten in Form von Splittern und Zirkulatoren verwendet werden. Zudem kann bei einer Variante auch den zweiten Strahlteiler 53 verzichtet werden, und der zweite Detektor 56 kann dann am Retroreflektor 54 angeordnet sein. Es ist zudem zu bemerken, dass sowohl Anordnungen, bei welchen der Retroreflektor an einem sich bewegenden Objekt angebracht ist und die übrige Einrichtung stationär ist als auch Anordnungen, bei welchen ein oder mehrere Reflektoren stationär sind und eine Lichtquelle und/oder Detektoren an einem sich bewegenden Objekt angebracht sind, möglich sind.It should be noted that referring to 5 discussed arrangement serves merely as an example, and other measuring arrangements are possible. For example, instead of free-ray optics, corresponding optical fiber components in the form of splitters and circulators can also be used. In addition, in a variant, the second beam splitter 53 be dispensed with, and the second detector 56 can then at the retroreflector 54 be arranged. It is also to be noted that both arrangements in which the retroreflector is mounted on a moving object and the remainder are stationary, as well as arrangements in which one or more reflectors are stationary and a light source and / or detectors on a moving Object attached are possible.

Mit derartigen optischen Systemen lassen sich prinzipiell Weglängen mit einer Auflösung von bis zu unter 1 μm messen.With such optical systems, path lengths with a resolution of up to less than 1 μm can be measured in principle.

Eine derartig hohe Genauigkeit kann jedoch nur dann erreicht werden, wenn Änderungen der von der Phasenauswerteschaltung 57 aus 5 bestimmten Phasenlage im Wesentlichen nur durch Veränderung der Laufzeit des Lichtstrahls zu und von dem Retroreflektor 54 aus 5 bzw. der Laufzeit zwischen entsprechenden Elementen bei anderen Vorrichtungen erfolgen. Veränderungen der Phasenlage durch andere Einflüsse können die Genauigkeit der Messung verschlechtern.However, such a high accuracy can only be achieved if changes in the phase evaluation circuit 57 out 5 essentially only by changing the transit time of the light beam to and from the retroreflector 54 out 5 or the transit time between corresponding elements in other devices. Changes in the phase position due to other influences can worsen the accuracy of the measurement.

Die US 2010/0066994 A1 beschreibt eine Änderung einer Signalverzögerung eines Photodetektors in Abhängigkeit von einer Intensität des empfangenen Lichts, d. h. einer Amplitude, wobei eine Änderung der Signalverzögerung eine Änderung der Phasenlage mit sich bringt. Ein Amplitudenwert wird dabei zur Kompensierung herangezogen.The US 2010/0066994 A1 describes a change in a signal delay of a photodetector in response to an intensity of the received light, ie an amplitude, wherein a Changing the signal delay brings a change in the phase position with it. An amplitude value is used for compensation.

Aus der DE 10 2004 023 998 A1 ist es bekannt, eine Korrektur in Abhängigkeit von einer Kennlinie vorzunehmen.From the DE 10 2004 023 998 A1 it is known to make a correction in dependence on a characteristic.

Aus der DE 196 47 152 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels eines Referenzobjekts eine Korrekturtabelle bei variierenden Amplituden eines detektierten Lichtstrahls aufgenommen wird.From the DE 196 47 152 A1 a method is known in which by means of a reference object a correction table is recorded at varying amplitudes of a detected light beam.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Längenmessung bereitzustellen, mit welchen eine höhere Genauigkeit einer Längenmessung durch Reduktion derartiger anderer Einflüsse möglich ist.It is accordingly an object of the present invention to provide methods and apparatus for length measurement which allow greater accuracy of length measurement by reducing such other influences.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 5 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsarten sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method according to claim 1 or claim 5 or an apparatus according to claim 6. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Längenmessung bereitgestellt, umfassend:
Emittieren eines Lichtstrahls,
Detektieren des Lichtstrahls nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer zu messenden Strecke,
Bestimmen einer Phasenlage des detektieren Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz,
Bestimmen einer Länge der Strecke in Abhängigkeit von der Phasenlage, und
Durchführen einer Korrektur in Abhängigkeit von einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls zur Verringerung eines Einflusses von durch Amplitudenänderungen verursachten Änderungen der bestimmten Phasenlage.According to a first aspect of the invention, there is provided a method of length measurement comprising:
Emitting a light beam,
Detecting the light beam after at least one pass through a distance to be measured,
Determining a phase angle of the detected light beam compared to a reference,
Determining a length of the distance as a function of the phase position, and
Performing a correction in dependence on an amplitude of the detected light beam to reduce an influence of changes of the specific phase position caused by amplitude changes.

Das Durchführen der Korrektur umfasst dabei ein Verändern einer Vorspannung eines zum Delektieren verwendeten Detektors. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Korrigieren ein Verändern einer Amplitude des Lichtstrahls vor dem Detektieren umfassen. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Durchführen der Korrektur in einem Algorithmus zum Bestimmen der Länge implementiert sein, d. h. eine rechnerische Korrektur sein.Performing the correction comprises changing a bias voltage of a detector used for the detection. In another embodiment, the correction may include changing an amplitude of the light beam prior to detection. In yet another embodiment, performing the correction may be implemented in an algorithm for determining the length, i. H. be a mathematical correction.

Hierdurch können Effekte einer sich verändernde Amplitude auf die ausgewertete Phasenlage kompensiert werden und somit die Genauigkeit der Messung verbessert werden.As a result, effects of a changing amplitude on the evaluated phase position can be compensated and thus the accuracy of the measurement can be improved.

Das Durchführen der Korrektur kann auf Basis einer gespeicherten Kennlinie, welche eine Abhängigkeit einer Veränderung der Phasenlage von einer Veränderung der Amplitude des reflektierten Lichtstrahls beschreibt, vorgenommen werden.The correction may be carried out on the basis of a stored characteristic which describes a dependence of a change in the phase position on a change in the amplitude of the reflected light beam.

Die Referenz kann dabei insbesondere ein vor dem Durchlaufen der Strecke ausgekoppelter Teil des Lichtstrahls sein.The reference may in particular be a part of the light beam coupled out before passing through the route.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Korrigieren ein Verändern einer Amplitude des Lichtstrahls vor dem Detektieren umfassen. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Durchführen der Korrektur in einem Algorithmus zum Bestimmen der Länge implementiert sein, d. h. eine rechnerische Korrektur sein.In another embodiment, the correction may include changing an amplitude of the light beam prior to detection. In yet another embodiment, performing the correction may be implemented in an algorithm for determining the length, i. H. be a mathematical correction.

Durch das Verändern der Vorspannung eines Detektors kann insbesondere eine Gruppenlaufzeit durch den Detektor verändert werden und somit die Phasenlage angepasst werden.By changing the bias of a detector, in particular a group delay can be changed by the detector and thus the phase position can be adjusted.

Wie bereits erwähnt wird bei manchen Ausführungsbeispielen das Durchführen der Korrektur in Abhängigkeit von einer Kennlinie ausgeführt. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln einer derartigen Kennlinie bereitgestellt, umfassend:
Emittieren eines Lichtstrahls,
Detektieren des Lichtstrahls nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer konstanten Strecke,
Bestimmen einer Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz,
Bestimmen einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls,
schrittweises Variieren der Amplitude des Lichtstrahls vor dem Detektieren,
Wiederholen des Bestimmens der Phasenlage und des Bestimmens der Amplitude nach jeder Variation der Amplitude vor dem Detektieren, bzw. ein gewünschter Amplitudenbereicht erfasst wurde und
Speichern der ermittelten Paare von Phasenlage und Amplitude als aufzunehmende Kennlinie.As already mentioned, in some embodiments, the execution of the correction is carried out as a function of a characteristic curve. According to a second aspect, there is provided a method of determining such a characteristic, comprising:
Emitting a light beam,
Detecting the light beam after passing at least once through a constant distance,
Determining a phase angle of the detected light beam compared to a reference,
Determining an amplitude of the detected light beam,
stepwise varying the amplitude of the light beam before detecting,
Repeating the determination of the phase position and determining the amplitude after each variation of the amplitude before the detection, or a desired amplitude range has been detected, and
Saving the determined pairs of phase position and amplitude as a characteristic to be recorded.

Das Verfahren wird bei verschiedenen Vorspannungen eines zum Detektieren verwendeten Detektors durchgeführt werden.The method will be performed at different biases of a detector used for detection.

Die so ermittelten Paare bilden eine Kennlinie, welche zum Korrigieren gemäß dem ersten Aspekt verwendet werden können.The thus determined pairs form a characteristic which can be used for correcting according to the first aspect.

Das Variieren der Amplitude kann dabei insbesondere ein schrittweises Abschwächen der Amplitude umfassen.The varying of the amplitude may in particular include a gradual weakening of the amplitude.

Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
eine Lichtquelle zum Detektieren eines Lichtstrahls,
einen Detektor zum Detektieren des Lichtstrahls nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer zu messenden Stecke,
eine Phasenauswerteschaltung zum Bestimmen einer Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz,
eine Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Länge der zu messenden Strecke in Abhängigkeit von der detektieren Phasenlage, und
eine Korrektureinrichtung zum Durchführen einer Korrektur in Abhängigkeit von einer Amplitude des durch den Detektor detektierten Lichtstrahls zum Verringern eines Einflusses einer variierenden Amplitude auf die bestimmte Phasenlage.According to a third aspect, there is provided an apparatus comprising:
a light source for detecting a light beam,
a detector for detecting the light beam after at least one pass through a plug to be measured,
a phase evaluation circuit for determining a phase position of the detected light beam compared to a reference,
an evaluation unit for determining a length of the distance to be measured as a function of the detected phase position, and
correction means for making a correction in response to an amplitude of the light beam detected by the detector for reducing an influence of a varying amplitude on the determined phase position.

Die Korrektureinrichtung wird dabei eingerichtet, eine Vorspannung des Detektors in Abhängigkeit von der Amplitude zu verändern, beispielsweise in Abhängigkeit von einer in der Korrektureinrichtung gespeicherten Kennlinie.The correction device is set up to change a bias voltage of the detector as a function of the amplitude, for example as a function of a characteristic curve stored in the correction device.

Die Korrektureinrichtung kann auch mit der Auswerteeinrichtung kombiniert sein und die Korrektur im Zuge der Bestimmung der Länge der Strecke durchführen.The correction device can also be combined with the evaluation device and perform the correction in the course of determining the length of the route.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung weiter eine vor den Detektor einsetzbare Einrichtung zur Veranderung der Amplitude des auf den Detektor fallenden Lichtstrahls. Zur Aufnahme einer Kennlinie, welche den Zusammenhang zwischen Amplitude des auf den Detektor fallenden Lichtstrahls und Phasenlage widerspiegelt, kann dann die zu messende Stracke konstant gehalten werden und die Amplitude schrittweise korrigiert werden.In one embodiment, the device further comprises a device which can be used in front of the detector for changing the amplitude of the light beam incident on the detector. To record a characteristic which reflects the relationship between the amplitude of the light beam incident on the detector and the phase position, the strains to be measured can then be kept constant and the amplitude can be corrected step by step.

Die Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt kann insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten oder/und zweiten Aspekt ausgestaltet sein.The device according to the third aspect can be configured in particular for carrying out the method according to the first and / or second aspect.

Die oben beschriebenen Aspekte, Ausführungsbeispiele und Merkmale können miteinander kombiniert werden, soweit nichts anderes angegeben ist.The above-described aspects, embodiments and features may be combined with each other unless otherwise specified.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von veranschaulichenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to illustrative embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a block diagram of an embodiment of a device according to the invention,

2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 2 a flowchart of an embodiment of a method according to the invention,

3 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 a block diagram of another embodiment of a device according to the invention,

4 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und 4 a flowchart of another embodiment of a method according to the invention, and

5 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. 5 a block diagram of a device according to the prior art.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei betreffen die dargestellten Ausführungsbeispiele Verfahren und Vorrichtungen zur Längenmessung auf Basis optischer Messungen. Gattungsgemäße Vorrichtungen wurden bereits in der Beschreibungseinleitung dargestellt.The invention will be described below with reference to exemplary embodiments. The illustrated embodiments relate to methods and devices for length measurement based on optical measurements. Generic devices have already been presented in the introduction.

Die nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele können insbesondere dienen, die Genauigkeit derartiger Längenmessungen zu verbessern, indem Phasenfehler, welche durch Veränderungen einer Amplitude eines zu messenden Lichtstrahls verursacht werden, ganz oder teilweise kompensiert werden. Phasenschwankungen, welche durch Amplitudenschwankungen hervorgerufen werden, sind beispielsweise auf dem Gebiet von Fernsehdemodulatoren als AM/PM-Konversion (Amplitudenmodulation/Phasenmodulation-Konversion) grundsätzlich bekannt und beispielsweise in Eric A. M. Klumperink, Carlo T. Klein, Bas Rüggeberg und Ed J. M. van Tuijl, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol 31, No 5, Mai 1996, Seiten 625 ff., beschrieben.In particular, the exemplary embodiments presented below can serve to improve the accuracy of such length measurements by completely or partially compensating for phase errors which are caused by changes in an amplitude of a light beam to be measured. Phase variations caused by amplitude variations are generally known in the field of television demodulators as AM / PM conversion (amplitude modulation / phase modulation conversion) and are described, for example, in Eric AM Klumperink, Carlo T. Klein, Bas Ruggeberg and Ed JM van Tuijl, IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 31, No. 5, May 1996, pages 625 et seq.

Zur Kompensierung derartiger Effekte wird bei manchen Ausführungsbeispielen eine Kennlinie herangezogen, welche eine einen Zusammenhang zwischen Amplitude und Phase für eine gegebene Vorrichtung zur Langenmessung beschreibt. Eine entsprechende Vorrichtung zur Aufnahme einer derartigen Kennlinie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in 1 dargestelltIn order to compensate for such effects, in some embodiments a characteristic is used which describes a relationship between amplitude and phase for a given device for measuring length. A corresponding device for receiving such a characteristic according to an embodiment of the invention is shown schematically in FIG 1 shown

Bei der Vorrichtung aus 1 ist ein Messstrahl mit 10 und ein Referenzstrahl mit 12 bezeichnet. Der Messstrahl 10 ist dabei ein Lichtstrahl, insbesondere ein Strahl eines Kurzpulslasers, welcher eine zu messende Strecke, welche im Fall der 1 konstant gehalten werden kann, mindestens einmal durchlaufen hat. Beispielsweise kann der Messstrahl 10 ein von einem Retroreflektor wie dem Retroreflektor 54 aus 5 reflektierter und durch einen Strahlteiler wie den Strahlteiler 53 aus 5 ausgekoppelter Lichtstrahl sein. Der Referenzstrahl 12 kann ein vor dem Durchlaufen der zu messenden Strecke ausgekoppelter Teil des den Messstrahl 10 bildenden Lichtstrahls sein, beispielsweise der durch den Strahlteiler 22 der 5 ausgekoppelte Lichtstrahl. Der Retroreflektor kann für die Kalibrierung der 1 beispielsweise ein ortsfester Reflektor sein.At the device off 1 is a measuring beam with 10 and a reference beam with 12 designated. The measuring beam 10 is a light beam, in particular a beam of a short pulse laser, which is a distance to be measured, which in the case of 1 has been kept constant at least once. For example, the measuring beam 10 one from a retroreflector like the retro reflector 54 out 5 reflected and through a beam splitter like the beam splitter 53 out 5 be decoupled light beam. The reference beam 12 may be a decoupled before passing through the track to be measured part of the measuring beam 10 be forming light beam, for example, by the beam splitter 22 of the 5 decoupled light beam. The retroreflector can be used for the calibration of the 1 for example, be a stationary reflector.

Der Messstrahl 10 wird einem einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer 11 zugeführt, mit dem die Amplitude des Messstrahls 10 einstellbar in verschiedenen Stufen oder kontinuierlich abschwächbar ist. Beispielsweise kann der einstellbare optische Amplitudenabschwächer 11 eine Vielzahl von Neutraldichtefiltern verschiedener Stärke umfassen, welche wahlweise in den Strahlgang bewegbar sind. Der durch den einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer 11 abgeschwächte Messstrahl 10 wird in 1 mit 13 bezeichnetThe measuring beam 10 becomes an adjustable optical amplitude attenuator 11 supplied with the amplitude of the measuring beam 10 adjustable in different stages or continuously attenuable. For example, the adjustable optical amplitude attenuator 11 comprise a plurality of neutral density filters of different thickness, which are selectively movable in the beam path. The through the adjustable optical amplitude attenuator 11 attenuated measuring beam 10 is in 1 With 13 designated

Der Referenzstrahl 12 wird einem ersten Detektor 14 zugeführt, und der abgeschwächte Messstrahl 13 wird einem zweiten Detektor 15 zugeführt. Der erste Detektor 14 und der zweite Detektor 15 können insbesondere auf Photodioden oder anderen Halbleiterdetektoren basieren.The reference beam 12 becomes a first detector 14 supplied, and the attenuated measuring beam 13 becomes a second detector 15 fed. The first detector 14 and the second detector 15 may be based in particular on photodiodes or other semiconductor detectors.

Derartige Halbleiterdetektoren werden üblicherweise mit einer Vorspannung vorgespannt. Als Beispiel ist in 1 ein Vorspannungseingang 16 des zweiten Detektors 15 dargestellt, dem eine Vorspannung Uv zugeführt wird.Such semiconductor detectors are usually biased with a bias voltage. As an example, in 1 a bias input 16 of the second detector 15 represented, to which a bias voltage Uv is supplied.

Der erste Detektor 14 und der zweite Detektor 15 wandeln somit optische Signale, nämlich den Referenzstrahl 12 sowie den abgeschwächten Messstrahl 13, in entsprechende elektrische Signale um. Die von dem ersten Detektor 14 und dem zweiten Detektor 15 ausgegebenen Signale werden durch eine Verstarkereinrichtung 17 verstärkt. Bei einer derartigen Verstärkung kann es abhängig von der Amplitude der Signale zu einer Veränderung der Phasenlage der Signale kommen, was der oben erwähnten AM/PM-Konversion entspricht.The first detector 14 and the second detector 15 thus convert optical signals, namely the reference beam 12 and the attenuated measuring beam 13 , into corresponding electrical signals. The one from the first detector 14 and the second detector 15 output signals are transmitted through an amplifier 17 strengthened. With such a gain, depending on the amplitude of the signals, a change in the phase position of the signals may occur, which corresponds to the above-mentioned AM / PM conversion.

Die so verstärkten Signale werden einer Phasenvergleichseinrichtung 18 zugefuhrt, welche eine Phasendifferenz zwischen den Signalen erfasst und ein entsprechendes Signal 111 an eine Speichereinrichtung 112 ausgibt.The thus amplified signals are a phase comparator 18 fed, which detects a phase difference between the signals and a corresponding signal 111 to a storage device 112 outputs.

Zusätzlich wird der Speichereinrichtung das von der Verstärkereinrichtung 17 verstärkte Messsignal 110 zugeführt. In der Speichereinrichtung 112 wird dann die durch das Signal 111 reprasentierte Phasendifferenz beispielsweise in Form eines Phasenwinkels zusammen mit den zugehörigen Amplituden des Signals 110 gespeichert, um so eine Phasenreferenz-Amplitude-Kennlinie zu ergeben. Wie später unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert werden wird kann eine derartige Kennlinie dann während eines Messbetriebs zur Korrektur herangezogen werden.In addition, the memory device becomes that of the amplifier device 17 amplified measuring signal 110 fed. In the storage device 112 will then be the one by the signal 111 represented phase difference, for example in the form of a phase angle together with the associated amplitudes of the signal 110 stored so as to give a phase reference amplitude characteristic. As later with reference to the 3 and 4 be explained, such a characteristic curve can then be used during a measurement operation for correction.

Verstärkereinrichtung 17 und Phasenvergleichseinrichtung 18 bilden zusammen ein Beispiel für eine Phasenauswerteschaltung 19 amplifier means 17 and phase comparator 18 together form an example of a phase evaluation circuit 19

In 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Verfahren in 2 kann beispielsweise zum Betreiben der Vorrichtung von 1 verwendet werden, kann jedoch auch unabhängig hiervon verwendet werdenIn 2 a flowchart of a method according to an embodiment is shown. The procedure in 2 For example, to operate the device of 1 but may be used independently thereof

Bei 20 wird eine Amplitude eines Messsignals variiert, beispielsweise mit einem einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer wie dem einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer 11 aus 1.at 20 For example, an amplitude of a measurement signal is varied, for example with an adjustable optical amplitude attenuator such as the adjustable optical amplitude attenuator 11 out 1 ,

Bei 21 wird eine Phasendifferenz zwischen dem Messsignal und einem Referenzsignal gemessen, beispielsweise mit der Phasenvergleichseinrichtung 18 aus 1.at 21 a phase difference between the measuring signal and a reference signal is measured, for example with the phase comparator 18 out 1 ,

Bei 22 wird überprüft, ob alle gewünschten Amplituden erfasst sind. Wenn nein, wird zu 20 zurückgegangen, falls ja, wird bei 23 die so gewonnene Amplituden-Phasendifferenz-Kennlinie gespeichert, beispielsweise in der Speichereinrichtung 112 aus 1. Eine derartige Aufnahme von Kennlinien kann dann für viele verschiedene Vorspannungen Uv erfolgen, um ein entsprechendes Kennlinienfeld zu erzeugen.at 22 it is checked whether all desired amplitudes are detected. If not, it will shut 20 decreased, if yes, will be added 23 the thus obtained amplitude-phase difference characteristic is stored, for example in the memory device 112 out 1 , Such a recording of characteristic curves can then take place for many different bias voltages Uv in order to generate a corresponding characteristic field.

Wie bereits erwähnt kann eine mit der Vorrichtung der 1 und/oder dem Verfahren der 2 gewonnene Kennlinie zur Korrektur bei Längenmessungen verwendet werden, um insbesondere eine Auswirkung einer AM/PM-Konversion zu verringern. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Messvorrichtung ist in 3 dargestellt, und ein entsprechendes Verfahren ist in 4 dargestellt.As already mentioned, one with the device of 1 and / or the method of 2 obtained characteristic curve for correction in length measurements, in particular to reduce an effect of AM / PM conversion. An embodiment of a corresponding measuring device is in 3 and a corresponding method is shown in FIG 4 shown.

Die Vorrichtung des Ausführungsbeispiels von 3 kann die gleiche Vorrichtung wie in 1 dargestellt sein, wobei die Vorrichtung dann in 1 in einer Kalibrierbetriebsart und in 3 in einer Messbetriebsart betrieben wird. Es kann sich jedoch auch um eine separate Vorrichtung handeln. Beispielsweise können, wenn die Toleranz verschiedener verwendeter Komponenten genugend klein ist, die verwendeten Komponente wie Verstärkereinrichtung 17, Phasenvergleichseinrichtung 18 und die Detektoren 14 und 15 aus 1, bei einem Hersteller kalibriert werden, d. h. eine entsprechende Kennlinie aufgenommen werden und dann in den entsprechend ausgelieferten Messvorrichtungen nunmehr die entsprechende Kennlinie gespeichert werden.The device of the embodiment of 3 can be the same device as in 1 be shown, the device then in 1 in a calibration mode and in 3 is operated in a measuring mode. However, it may also be a separate device. For example, if the tolerance of various components used is sufficiently small, the component used may be such as amplifier means 17 , Phase comparator 18 and the detectors 14 and 15 out 1 be calibrated at a manufacturer, ie a corresponding characteristic are recorded and then stored in the corresponding delivered measuring devices now the corresponding characteristic.

Sowohl in 1 als auch in 3 dargestellte Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.As well in 1 as well as in 3 Components shown are identified by the same reference numerals.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 wird ein Messstrahl 10 einem zweiten Detektor 15 zugeführt, und ein Referenzstrahl 12 wird einem ersten Detektor 14 zugeführt. Der Messstrahl 10 hat dabei eine zu vermessende Strecke mindestens einmal durchlaufen, beispielsweise über eine Reflektion an einem Retroreflektor wie dem Retroreflektor 54 der 5 zweimal durchlaufen. Der Referenzstrahl 12 kann ein wie bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert vor dem Durchlaufen der Strecke ausgekoppelter Teil des den Messstrahl 10 bildenden Strahls sein. Insbesondere können der Messstrahl 10 sowie der Referenzstrahl 12 durch einen Laser, insbesondere einen Kurzpulslaser, erzeugt werden.In the embodiment of the 3 becomes a measuring beam 10 a second detector 15 fed, and a reference beam 12 becomes a first detector 14 fed. The measuring beam 10 has to go through a route to be measured at least once, for example, via a reflection a retro reflector such as the retro reflector 54 of the 5 go through twice. The reference beam 12 can be as already referring to 1 explains before the passage through the decoupled part of the measuring beam 10 be forming beam. In particular, the measuring beam 10 as well as the reference beam 12 be generated by a laser, in particular a short pulse laser.

Wie ersichtlich wird bei dem Ausführungsbeispiel der 3 im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 1 der Messstrahl 10 dem zweiten Detektor 15 direkt, d. h. nicht über einen einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer, zugeführt. Die Ausgangssignale des ersten Detektors 14 und des zweiten Detektors 15 werden einer Verstärkereinrichtung 17 gefolgt von einer Phasenvergleichseinrichtung 18 zugeführt. Ein Ausgangssignal 111 der Phasenvergleichseinrichtung 18. welche eine Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal 12 und dem Messsignal 10 beispielsweise in Form eines Phasenwinkels angibt, kann dann weiter ausgewertet werden, beispielsweise durch eine Auswerteeinrichtung wie die Auswerteeinrichtung 58 der 5, um die Länge der von dem Messsignal 10 ein- oder mehrmals durchlaufenen Strecke zu bestimmen. Verstärkereinrichtung 17 und Phasenvergleichseinrichtung 18 bilden wieder eine Phasenauswerteschaltung 19.As can be seen in the embodiment of the 3 in contrast to the embodiment of the 1 the measuring beam 10 the second detector 15 directly, ie not via an adjustable optical amplitude attenuator supplied. The output signals of the first detector 14 and the second detector 15 become an amplifier device 17 followed by a phase comparator 18 fed. An output signal 111 the phase comparator 18 , which is a phase difference between the reference signal 12 and the measurement signal 10 indicating, for example, in the form of a phase angle can then be further evaluated, for example by an evaluation device such as the evaluation 58 of the 5 to the length of the signal from the measurement 10 To determine one or more traversed route. amplifier means 17 and phase comparator 18 form again a phase evaluation circuit 19 ,

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 wird zudem das von der Verstärkereinrichtung 17 verstärkte Ausgangssignal 110 einer Korrektureinrichtung 30 zugeführt, welche eine Vorspannung Uv des zweiten Detektors 15 in Abhängigkeit von der Amplitude des Signals 110 steuert. Diese Steuerung kann beispielsweise auf Basis einer Kennlinie oder eines Kennlinienfeldes, welches beispielsweise wie unter Bezugnahme auf 1 oder 2 erläutert aufgenommen wurde, derart geschehen, dass ein Einfluss der Amplitude des Signals 110 und somit des Signals 10 auf die Phasendifferenz durch entsprechende Wahl der Vorspannung Uv kompensiert wird. Hierdurch kann die Genauigkeit der schlussendlich erfolgenden Längenmessung gesteigert werden.In the embodiment of the 3 In addition, that is from the amplifier device 17 amplified output signal 110 a correction device 30 which has a bias voltage Uv of the second detector 15 depending on the amplitude of the signal 110 controls. This control can, for example, based on a characteristic curve or a characteristic field, which, for example, as with reference to 1 or 2 has been recorded, done so that an influence of the amplitude of the signal 110 and thus the signal 10 is compensated for the phase difference by appropriate selection of the bias voltage Uv. As a result, the accuracy of the ultimately occurring length measurement can be increased.

Im Folgenden soll nun der Mechanismus, wie bei einem Halbleiterdetektor auf Basis von Photodioden eine Phasenkorrektur vorgenommen werden kann, näher erläutert werden.In the following, the mechanism as to how a phase correction can be made on the basis of photodiodes based on a semiconductor detector will now be explained in more detail.

Bei Photodioden wird eine Vorspannung verwendet, um die durch Anregung von Ladungsträgern über die Bandlücke in einem PN-Übergang generierten Elektronen und Löcher abzufuhren. Bei hohen Lichtpegeln wird eine derartige Vorspannung relativ hoch gewählt, um die große Anzahl von entstehenden Elektronen und Löchern abführen zu können. Bei moderaten Lichtpegeln kann jedoch auch eine geringere Vorspannung gewählt werden, ohne dass sich das Ausgangsignal wesentlich ändert, es ist jedoch nicht schädlich, die Vorspannung auf einen Wert zu erhöhen, wie er bei hohn Lichtpegeln erforderlich wäre. In anderen Worten kann bei moderaten Lichtpegeln die Vorspannung in einem gewissen Bereicht frei gewählt werden.For photodiodes, bias is used to remove the electrons and holes generated by excitation of carriers across the bandgap in a PN junction. At high light levels, such a bias voltage is chosen to be relatively high in order to be able to dissipate the large number of electrons and holes produced. At moderate light levels, however, a lower bias can be selected without substantially changing the output signal, but it is not detrimental to increase the bias to a level that would be required at high light levels. In other words, at moderate light levels, the bias can be freely selected in a certain range.

Verursacht durch die anliegende Vorspannung an den Detektoren ergibt sich ein entsprechender Abstand der sich ausbildenden Sperrschichten bzw. eine entsprechende Breite der sich bildenden Raumladungszone. Die sich gegenüber liegenden Sperrschichten können dabei näherungsweise als Platten eines Plattenkondensators aufgefasst werden, wobei der Abstand der Sperrschichten somit der Abstand der Kondensatorplatten ist. Für die Kapazität eines Plattenkondensators gilt

Figure 00100001
wobei C die Kapazität des Kondensators, ε0 die absolute Dielektrizitätskonstante, εr die relative Dielektrizitätskonstante, A die Fläche der Kondensatorplatten und d der Abstand der Kondensatorplatten ist. Durch eine Änderung der Vorspannung wird also der Parameter d geändert, was zu einer Kapazitätsänderung führt. Diese führt wiederum zu einer Änderung der Gruppenlaufzeit durch den Detektor und somit kann durch eine Veränderung der Vorspannung die Phasenlage des Ausgangssignals des Detektors beeinflusst werden.Caused by the applied bias voltage at the detectors results in a corresponding distance of the forming barrier layers or a corresponding width of the forming space charge zone. The opposing barrier layers can be considered approximately as plates of a plate capacitor, wherein the distance between the barrier layers is thus the distance of the capacitor plates. For the capacity of a plate capacitor applies
Figure 00100001
where C is the capacitance of the capacitor, ε 0 the absolute dielectric constant, ε r the relative dielectric constant, A the area of the capacitor plates and d the distance of the capacitor plates. By changing the bias voltage so the parameter d is changed, resulting in a capacity change. This in turn leads to a change in the group delay through the detector and thus can be influenced by a change in the bias voltage, the phase angle of the output signal of the detector.

Es kann also bei dem Detektor 15 durch Veränderung der Vorspannung Uv die Phasenlage des Ausgangssignals des Detektors geändert werden, ohne dass die Ausgangsleistung sich ändert, da die sogenannte Responsivity, d. h. die Größe des elektrischen Photostroms, welche in Abhängigkeit der optischen Strahlungsleistung von der verwendeten Photodiode abgegeben wird, im Wesentlich konstant bleibt. Der Photostrom kann dann im Übrigen in dem Detektor beispielsweise durch Abgriff an einem Widerstand in eine entsprechende Spannung umgesetzt werden, welche anschließend beispielsweise durch die Verstärkereinrichtung 17 verstärkt werden kann.So it can be at the detector 15 by changing the bias voltage Uv, the phase position of the output signal of the detector can be changed, without the output power changes, since the so-called responsivity, ie the size of the electric photocurrent, which is emitted depending on the optical radiation power of the photodiode used, remains substantially constant , Incidentally, the photocurrent can then be converted into a corresponding voltage in the detector, for example by tapping off a resistor, which voltage is then applied, for example, by the amplifier device 17 can be strengthened.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 setzt sich dann beispielsweise die Vorspannung Uv aus einem konstanten Festanteil und einem variablen Anteil zum Ausgleich der AM/PM-Konversion zusammen, wobei der Betrag des variablen Anteils aus den ermittelten Kennlinien abgeleitet werden kann.In the embodiment of the 3 Then, for example, the bias voltage Uv is composed of a constant fixed component and a variable component to compensate for the AM / PM conversion, wherein the amount of the variable component can be derived from the determined characteristic curves.

Somit können durch die Vorrichtung der 3 durch Amplitudenänderungen des Messsignals 10 hervorgerufene Phasenänderungen kompensiert werden. Derartige Änderungen der Amplitude können beispielsweise durch eine Änderung der Position eines Reflektors wie des Retroreflektors 54 der 5 oder auch durch andere Einflüsse, wie beispielsweise Partikel im Strahlengang, hervorgerufen werden.Thus, by the device of 3 by amplitude changes of the measuring signal 10 caused phase changes are compensated. Such changes in amplitude can be achieved, for example, by changing the position of a reflector such as the retroreflector 54 of the 5 or by other influences, such as particles in the beam path, are caused.

In 4 ist ein Flussdiagramm dargestellt, welches ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen einer Länge einer Strecke zeigt. Das Verfahren der 4 kann beispielsweise zum Betreiben der Vorrichtung der 3 verwendet werden, kann jedoch auch unabhängig davon verwendet werden.In 4 a flowchart is shown which shows an embodiment of a method according to the invention for determining a length of a route. The procedure of 4 For example, to operate the device of 3 but can be used independently.

Bei 40 wird eine Amplitude eines Messsignals, d. h. eines Signals, welches auf einem Lichtstrahl basiert, welche eine zu messende Strecke mindestens einmal durchlaufen hat, erfasst.at 40 is an amplitude of a measurement signal, ie a signal based on a light beam, which has passed through a distance to be measured at least once detected.

Bei 41 wird eine Korrektur in Abhängigkeit von der erfassten Amplitude durchgeführt, um Verfälschungen eines Ergebnisses durch durch Amplitudenschwankungen verursachte Phasenschwankungen zu vermeiden. Dabei wird wie unter Bezugnahme auf 3 erläutert eine Vorspannung eines verwendeten Detektors verändert werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine Korrektur zusätzlich softwaremäßig erfolgen, beispielsweise in der Phasenvergleichseinrichtung 18 oder später in einer Auswerteeinrichtung wie beispielsweise der Auswerteeinrichtung 58 aus 5. Auch in diesem Fall können Kennlinien herangezogen werden, welche eine Änderung der Phasendifferenz durch Variation der Amplitude beschreiben. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise zusätzlich die Amplitude des Messsignals beispielsweise durch Abschwächen desselben verändert werden.at 41 a correction is performed as a function of the detected amplitude in order to avoid falsifications of a result due to phase fluctuations caused by amplitude fluctuations. It is as with reference to 3 explains a bias voltage of a detector used to be changed. In other embodiments, a correction can additionally be done by software, for example in the phase comparison device 18 or later in an evaluation device such as the evaluation device 58 out 5 , In this case too, characteristic curves can be used which describe a change of the phase difference by variation of the amplitude. In still other embodiments, for example, in addition to the amplitude of the measurement signal, for example, by weakening the same be changed.

Bei 42 wird eine Phasendifferenz zwischen dem Messsignal und einem Referenzsignal gemessen. Bei 43 wird dann auf Basis der gemessenen Phasendifferenz die Länge bestimmt.at 42 a phase difference between the measuring signal and a reference signal is measured. at 43 the length is then determined on the basis of the measured phase difference.

Es ist zu bemerken, dass die verschiedenen in 4 dargestellten Vorgänge nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen. Beispielsweise kann die Korrektur und die Messung der Phasendifferenz im Wesentlichen simultan oder auch in umgekehrter Reihenfolge, insbesondere bei einer softwaremäßigen Korrektur, durchgeführt werden.It should be noted that the various in 4 shown operations do not necessarily have to be performed in the order shown. For example, the correction and the measurement of the phase difference can be carried out essentially simultaneously or else in the reverse order, in particular in the case of a software correction.

Eine Korrektur wie oben beschrieben kann für mehrere unabhängige Längenmessungen unabhängig voneinander durchgeführt werden. Beispielsweise können entsprechend drei unabhängige Längenmessungen vorgenommen werden, um durch Trilateration einer Position eines Objekts zu bestimmen.A correction as described above can be performed independently for several independent length measurements. For example, three independent length measurements may be made to determine a position of an object by trilateration.

Claims (11)

Verfahren zur Längenmessung, umfassend: Emittieren eines Lichtstrahls, Detektieren des Lichtstrahls (10) nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer zu messenden Strecke, Bestimmen einer Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz, Bestimmen einer Länge der zu messenden Strecke in Abhängigkeit von der Phasenlage, und Durchführen einer Korrektur in Abhängigkeit von einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls (10) zur Verringerung eines Einflusses von durch Amplitudenänderungen verursachten Änderungen der bestimmten Phasenlage, wobei das Durchführen der Korrektur ein Verändern einer Vorspannung (Uv) eines zum Detektieren verwendeten Detektors (15) umfasst.A method of measuring length, comprising: emitting a light beam, detecting the light beam ( 10 ) after passing at least once a distance to be measured, determining a phase position of the detected light beam compared to a reference, determining a length of the distance to be measured as a function of the phase position, and making a correction as a function of an amplitude of the detected light beam ( 10 ) for reducing an influence of changes in the particular phase position caused by amplitude changes, wherein the performing of the correction means changing a bias voltage (Uv) of a detector used for detection ( 15 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Durchführen der Korrektur in Abhängigkeit von mindestens einer gespeicherten Kennlinie, welche eine Beziehung zwischen Veränderung der Phasenlage und Veränderung der Amplitude des detektierten Lichtstrahls beschreibt, durchgeführt wird.The method of claim 1, wherein performing the correction is performed in response to at least one stored characteristic describing a relationship between change in the phase position and change in the amplitude of the detected light beam. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenz ein vor dem Durchlaufen der Strecke ausgekoppelter Teil des Lichtstrahls ist.A method according to claim 1 or 2, wherein the reference is a part of the light beam coupled out before passing through the path. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Durchführen der Korrektur eine rechnerische Korrektur beim Bestimmen der Phasenlage und/oder beim Bestimmen der Länge umfasst.Method according to one of claims 1 to 3, wherein performing the correction comprises a computational correction in determining the phase position and / or determining the length. Verfahren zum Aufnehmen einer Kennlinie für Korrekturen bei Längenbestimmungen, umfassend: Emittieren eines Lichtstrahls, Detektieren des Lichtstrahls nach Durchlaufen einer festen Strecke, Bestimmen einer Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz, Bestimmen einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls, Abspeichern von Phasenlage und Amplitude, Variieren der Amplitude des detektierten Lichtstrahls, Wiederholen des Bestimmens der Phasenlage und des Abspeicherns und des Variierens der Amplitude, bis ein gewünschter Amplitudenbereich erfasst wurde, und Variieren einer Vorspannung (Uv) eines zum Detektieren verwendeten Detektors (15).A method for recording a characteristic for corrections in length determination, comprising: emitting a light beam, detecting the light beam after passing through a fixed path, determining a phase angle of the detected light beam compared to a reference, determining an amplitude of the detected light beam, storing phase position and amplitude, varying the amplitude of the detected light beam, repeating the determining of the phase position and the storing and the varying of the amplitude until a desired amplitude range has been detected, and varying a bias voltage (Uv) of a detector used for detecting ( 15 ). Vorrichtung zur Längenmessung, umfassend: Eine Lichtquelle (50) zum Emittieren eines Lichtstrahls, einen Detektor (15) zum Detektieren des Lichtstrahls nach mindestens einmaligem Durchlaufen einer zu messenden Strecke, eine Phasenauswerteschaltung (19) zum Bestimmen einer Phasenlage des detektierten Lichtstrahls verglichen mit einer Referenz, eine Auswerteeinrichtung (58) zum Bestimmen der Länge der zu messenden Strecke in Abhängigkeit von der Phasenlage, und eine Korrektureinrichtung (30) zum Durchführen einer Korrektur in Abhängigkeit von einer Amplitude des detektierten Lichtstrahls zum Verringern eines Einflusses einer variierenden Amplitude auf die bestimmte Phasenlage, wobei die Korrektureinrichtung (30) zum Verändern einer Vorspannung (Uv) des Detektors (15) in Abhängigkeit von der Amplitude des detektierten Lichtstrahls eingerichtet ist.A device for measuring length, comprising: a light source ( 50 ) for emitting a light beam, a detector ( 15 ) for detecting the light beam after at least one passage through a distance to be measured, a phase evaluation circuit ( 19 ) for determining a phase angle of the detected light beam compared to a reference, an evaluation device ( 58 ) for determining the length of the distance to be measured as a function of the phase position, and a correction device ( 30 ) for performing a correction in dependence on an amplitude of the detected light beam for reducing an influence of a varying amplitude on the specific phase position, wherein the correction device ( 30 ) for changing a bias voltage (Uv) of the detector ( 15 ) is set up as a function of the amplitude of the detected light beam. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Detektor (15) eine Photodiode umfasst.Apparatus according to claim 6, wherein the detector ( 15 ) comprises a photodiode. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Korrektureinrichtung (30) zum Durchführen der Korrektur auf Basis einer gespeicherten Kennlinie eingerichtet ist.Apparatus according to claim 6 or 7, wherein the correction device ( 30 ) is arranged to perform the correction based on a stored characteristic. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Korrektureinrichtung zur Durchführung einer rechnerischen Korrektur eingerichtet ist.Device according to one of claims 6 to 8, wherein the correction means is arranged for performing a computational correction. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Vorrichtung weiter einen einstellbaren optischen Amplitudenabschwächer (11) vor dem Detektor (15) zum Aufnehmen einer Kennlinie umfasst.Device according to one of claims 6 to 9, wherein the device further comprises an adjustable optical amplitude attenuator ( 11 ) in front of the detector ( 15 ) for recording a characteristic. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Amplitude des detektierten Lichtstrahls zwischen einem Verstärker (17) der Phasenauswerteschaltung und einer Phasenvergleichseinrichtung (18) der Phasenauswerteschaltung bestimmt wird.Device according to one of claims 6 to 10, wherein the amplitude of the detected light beam between an amplifier ( 17 ) the phase evaluation circuit and a phase comparator ( 18 ) of the phase evaluation circuit is determined.
DE201010062627 2010-12-08 2010-12-08 Methods and apparatus for measuring length Expired - Fee Related DE102010062627B3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010062627 DE102010062627B3 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Methods and apparatus for measuring length
PCT/EP2011/072208 WO2012076654A2 (en) 2010-12-08 2011-12-08 Method and devices for measuring length

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010062627 DE102010062627B3 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Methods and apparatus for measuring length

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010062627B3 true DE102010062627B3 (en) 2012-04-12

Family

ID=45218732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201010062627 Expired - Fee Related DE102010062627B3 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Methods and apparatus for measuring length

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010062627B3 (en)
WO (1) WO2012076654A2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19647152A1 (en) * 1996-11-14 1998-05-28 Sick Ag Laser distance determination device
DE102004023998A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh Device for optical distance measurement
DE102008045386A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-04 Carl Zeiss Ag Device and method for determining an object position
US20100066994A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-18 Basis Software, Inc. Binary modulation rangefinder

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH634419A5 (en) * 1978-10-11 1983-01-31 Kern & Co Ag METHOD FOR ELECTROOPTIC DISTANCE MEASUREMENT AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD.
EP0933649A3 (en) * 1998-01-28 2002-03-27 Nikon Corporation Distance measurement apparatus
JP4828694B2 (en) * 2000-12-26 2011-11-30 株式会社トプコン measuring device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19647152A1 (en) * 1996-11-14 1998-05-28 Sick Ag Laser distance determination device
DE102004023998A1 (en) * 2004-05-14 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh Device for optical distance measurement
DE102008045386A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-04 Carl Zeiss Ag Device and method for determining an object position
US20100066994A1 (en) * 2008-09-02 2010-03-18 Basis Software, Inc. Binary modulation rangefinder

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012076654A3 (en) 2012-08-09
WO2012076654A2 (en) 2012-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0932835B1 (en) Device for calibrating distance-measuring apparatus
EP2002281B1 (en) Device for optically measuring distance
EP2686700B1 (en) Measurement device for measuring a distance between the measurement device and a target object using an optical measurement beam
DE102004037137B4 (en) Method and device for distance measurement
EP2847613B1 (en) Laser tracker with interferometer and absolute distance measuring unit and calibration method for a laser tracker
EP2002208A1 (en) Device for optically measuring distance and method for operating said type of device
WO2009065463A1 (en) Interferometer arrangement and method for the operation thereof
EP1236023B1 (en) Angle measuring system
DE102008029459A1 (en) Method and device for non-contact distance measurement
DE102005061687B4 (en) Method and device for distance measurement and use of the method and device for topography determination
EP3612860B1 (en) Lidar measuring device
DE102005023489B4 (en) Position measuring device for determining the position of two along a measuring direction to each other movable objects and method for forming a reference pulse for such a position measuring device
WO2011095145A1 (en) Measuring device for measuring at least one position change and/or at least one angle change and a method for dynamically measuring at least one position change and/or angle change
DE102010062627B3 (en) Methods and apparatus for measuring length
EP3887754A1 (en) Method, interferometer and signal processing device, each for determining an input phase and/or an input amplitude of an input light field
EP4057026A1 (en) Distance measurement using an active optical sensor system
DE3924290C2 (en)
WO2012041586A1 (en) Apparatus and method for measuring the distance of an object from a reference point
DE102010006770B4 (en) Method for determining flow velocities in particle-displaced fluids by means of a Doppler Global Velocimeter
DE102020202982A1 (en) Optical device for determining the distance of a measurement object
DE19734087B4 (en) Evaluation circuit with phase determination for location-sensitive detectors
WO2019170540A1 (en) Thickness-measuring device for measuring a thickness of flat workpieces and associated method
DE102019135771A1 (en) Device and method for the scanning distance determination of an object
DE102014010417A1 (en) Position measuring system for the nanometer range
DE2322804A1 (en) INTERFEROMETER SYSTEM

Legal Events

Date Code Title Description
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120713

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee