DE102019211832A1

DE102019211832A1 - Messvorrichtung und messverfahren

Info

Publication number: DE102019211832A1
Application number: DE102019211832.1A
Authority: DE
Inventors: Shinji Komatsuzaki
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2020-02-27
Also published as: CN110857988A; US11255969B2; US20200064477A1

Abstract

Es wird eine Messvorrichtung 100 bereitgestellt, die eine Laservorrichtung 110; ein Verzweigungsteil 120, das den frequenzmodulierten Laserstrahl in ein Referenzlicht und ein Messlicht verzweigt; ein Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150, das ein Schwebungssignal durch Mischen des reflektierten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts 10 mit dem Messlicht reflektiert wird, erzeugt; und ein Erfassungsteil 160, das eine Frequenzanalyse auf ersten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer ersten Frequenz erzeugt werden, und zweiten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer zweiten Frequenz erzeugt werden, die durch Teilen einer Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird, durchführt, wobei die erste Frequenz eine Frequenz gleich der Resonanzfrequenz oder eine Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators ist, aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Messverfahren.
STAND DER TECHNIK
Ein frequenzverschobener Rückkopplungslaser (FSFL), der mit einem Frequenzschieber in einem Resonator bereitgestellt ist und mehrere Längsmoden-Laser ausgibt, deren Schwingungsfrequenzen linear mit der Zeit variieren, ist bekannt. Es ist auch ein optischer Entfernungsmesser bekannt, der einen FSFL verwendet (siehe Patentdokument 1, Spezifikation des japanischen Patents, Nr. 3583906 und Nicht-Patentdokument 1, „Distance Sensing by FSF Laser and Its Application“ (Abstandserfassen durch FSF-Laser und seine Anwendung)von Takefumi HARA, Optonews, Vol. 7, Nr. 3, 2012, S. 25-31).
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Ein optischer Entfernungsmesser, der einen frequenzverschobenen Rückkopplungslaser (FSFL) verwendet, kann eine große Menge von dreidimensionalen Informationen in einer kontaktlosen Weise ermitteln und wurde zum Beispiel im Entwurf und in Produktionsstätten verwendet. Es wurde gewünscht, dass ein derartiger optischer Entfernungsmesser eine Messung mit hoher Genauigkeit durchführen kann, während eine Verringerung des Durchsatzes unterdrückt wird.
Die vorliegende Erfindung konzentriert sich auf diesen Punkt und ein Gegenstand der Erfindung ist es, eine Messgenauigkeit zu verbessern, während die Verringerung des Durchsatzes der Messvorrichtung, die den FSFL verwendet, unterdrückt wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Messvorrichtung Folgendes auf: eine Laservorrichtung, die einen Laserresonator aufweist, der einen Frequenzschieber und ein Verstärkungsmedium aufweist, und einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden ausgibt; ein Verzweigungsteil, das einen Teil des frequenzmodulierten Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung ausgegeben wird, als Referenzlicht und mindestens einiges des übrigen Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Messlicht verzweigt; ein Schwebungssignal-Erzeugungsteil, das ein Schwebungssignal durch Mischen des reflektierten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts mit dem Messlicht reflektiert wird, und des Referenzlichts erzeugt; und ein Erfassungsteil, das eine Differenz zwischen Ausbreitungsabständen des Referenzlichts und des Messlichts erfasst, durch Durchführen einer Frequenzanalyse auf (i) ersten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer ersten Frequenz erzeugt werden, und (ii) zweiten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer zweiten Frequenz erzeugt werden, die durch Teilen einer Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird, wobei die erste Frequenz eine Frequenz gleich der Resonanzfrequenz oder eine Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators ist.
Die Quadratur des Schwebungssignal-Erzeugungsteils kann das reflektierte Licht und das Referenzlicht erfassen. Das Erfassungsteil kann ein erstes Frequenzband, das unter Verwendung der ersten Frequenz erfassbar ist, in mehrere Bänder einer zweiten Frequenzbandbreite, die unter Verwendung der zweiten Frequenz erfasst werden, teilen und es kann ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, aus den geteilten mehreren Bändern bestimmen.
Das Erfassungsteil kann das Schwebungssignal unter Verwendung der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zu unterschiedlichen Abtastzeiten derart abtasten, dass eine Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der zweiten Abtastdaten erhalten wird, höher ist als eine Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der ersten Abtastdaten erhalten wird.
Das Erfassungsteil kann eine Frequenzanalyse unter Verwendung der zweiten Abtastdaten, die eine kleinere Anzahl von Datenstücken als die ersten Abtastdaten aufweisen, durchführen. Die Laservorrichtung kann ein optisches Verzögerungsteil von einem variablen Verzögerungsbetragstyp in dem Laserresonator aufweisen.
Das Erfassungsteil kann ein Steuersignal zum Einstellen eines Verzögerungsbetrags an das optische Verzögerungsteil übertragen, wenn eine Linienbreite eines Linienspektrums einen Schwellenwert in der Frequenzanalyse der zweiten Abtastdaten überschreitet.
In dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messverfahren bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: Ausgeben eines frequenzmodulierten Laserstrahls mit mehreren Moden aus einer Laservorrichtung, die einen Laserresonator aufweist, der einen Frequenzschieber und ein Verstärkungsmedium aufweist; Verzweigen eines Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Referenzlicht und mindestens einiges des übrigen Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Messlicht; Erzeugen eines Schwebungssignals durch Mischen des reflektierten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts mit dem Messlicht reflektiert wird, und des Referenzlichts; Erzeugen von ersten Abtastdaten durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Laserresonators oder bei einer ersten Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators; Erzeugen von zweiten Abtastdaten durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer zweiten Frequenz, die durch Teilen einer Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird; und Erfassen einer Differenz zwischen Ausbreitungsabständen des Referenzlichts und des Messlichts basierend auf Frequenzanalyse-Ergebnissen der ersten Abtastdaten und der zweiten Abtastdaten.
Das Messverfahren kann ferner ein Teilen eines ersten Frequenzbandes, das durch die erste Frequenz erfassbar ist, in mehrere Bänder einer zweiten Frequenzbandbreite, die durch die zweite Frequenz basierend auf den ersten Abtastdaten erfasst werden, um ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, aus den geteilten mehreren Bändern zu bestimmen, aufweisen.
Die Laservorrichtung kann ein optisches Verzögerungsteil von einem variablen Verzögerungsbetragstyp in dem Laserresonator aufweisen und das Verfahren kann ferner ein Einstellen eines Verzögerungsbetrags des optischen Verzögerungsteils derart, dass die Resonanzfrequenz des Laserresonators und die zweite Frequenz eine vorbestimmte Beziehung aufweisen, aufweisen.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es in einer Messvorrichtung, die den FSFL verwendet, die Wirkung einer verbesserten Messgenauigkeit, während eine Verringerung des Durchsatzes unterdrückt wird.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für eine Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem zu messenden Objekt 10.
2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für eine Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
3 zeigt ein Beispiel für einen Laserstrahl, der aus der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
4 zeigt ein Beispiel für eine Beziehung zwischen (i) einer Frequenz des Schwebungssignals, die durch die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst wird, und (ii) einem Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10.
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für ein Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und ein Erfassungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
6 zeigt ein Beispiel für eine Übersicht über eine Quadraturerfassung durch das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und das Erfassungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
7 zeigt ein Beispiel für eine Übersicht über eine Unterabtastung des Erfassungsteils 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
8 zeigt ein erstes Beispiel für das Ergebnis einer Unterabtastung, die durch das Erfassungsteil 160 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
9 zeigt ein zweites Beispiel für das Ergebnis einer Unterabtastung, die durch das Erfassungsteils 160 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Operation der Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
11 zeigt ein Variationsbeispiel für die Konfiguration einer Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[Konfigurationsbeispiel für die Messvorrichtung 100]
1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für eine Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem zu messenden Objekt 10. Die Messvorrichtung 100 misst optisch einen Abstand zwischen der Messvorrichtung 100 und dem zu messenden Objekt 10. Die Messvorrichtung 100 kann auch die dreidimensionale Form des zu messenden Objekts 10 durch Scannen einer Position des Laserstrahls messen, der auf das zu messende Objekt 10 gestrahlt wird. Die Messvorrichtung 100 weist eine Laservorrichtung 110, ein Verzweigungsteil 120, einen optischen Zirkulator 130, ein optisches Kopfteil 140, ein Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150, ein Erfassungsteil 160 und ein Anzeigeteil 170 auf.
Die Laservorrichtung 110 weist einen Laserresonator auf und gibt einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden aus. Die Laservorrichtung 110 ist mit einem Frequenzschieber in einem Resonator bereitgestellt und gibt mehrere Längsmoden-Laser aus, deren Schwingungsfrequenzen sich linear mit dem Lauf der Zeit verändern. Die Laservorrichtung 110 ist zum Beispiel ein frequenzverschobener Rückkopplungslaser (FSFL). Der FSFL wird später beschrieben.
Das Verzweigungsteil 120 verzweigt den frequenzmodulierten Laserstrahl, der aus der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, einen Teil davon als Referenzlicht und mindestens einiges des übrigen Teils davon als Messlicht. Das Verzweigungsteil 120 ist zum Beispiel ein faseroptischer Koppler. In dem Beispiel von 1 führt das Verzweigungsteil 120 das Messlicht dem optischen Zirkulator 130 zu und es führt das Referenzlicht dem Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 zu.
Der optische Zirkulator 130 weist mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse auf. Zum Beispiel gibt der optische Zirkulator 130 ein Licht, das von einem Anschluss eingegeben wird, an den nächsten Anschluss aus und er gibt ein Licht, das von dem nächsten Anschluss eingegeben wird, an den Anschluss nach dem nächsten aus. 1 zeigt ein Beispiel, in dem der optische Zirkulator 130 drei Eingangs-/Ausgangsanschlüsse aufweist. In diesem Fall gibt der optische Zirkulator 130 das Messlicht, das von dem Verzweigungsteil 120 zugeführt wird, an das optische Kopfteil 140 aus. Der optische Zirkulator 130 gibt auch ein Licht, das von dem optischen Kopfteil 140 eingegeben wird, an das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 aus.
Das optische Kopfteil 140 strahlt das Licht, das von dem optischen Zirkulator 130 eingegeben wird, hin zu dem zu messenden Objekt 10. Das optische Kopfteil 140 weist zum Beispiel eine Kollimatorlinse auf. In diesem Fall stellt das optische Kopfteil 140 zuerst das Licht, das von dem optischen Zirkulator 130 über einen Lichtwellenleiter in einer Strahlform durch die Kollimatorlinse eingegeben wird, ein und gibt dann das Licht aus.
Das optische Kopfteil 140 empfängt auch ein reflektiertes Licht des Messlichts, das auf das zu messende Objekt 10 gestrahlt wird. Das optische Kopfteil 140 fokussiert das empfangene reflektierte Licht auf dem Lichtwellenleiter durch eine Kollimatorlinse und führt es dem optischen Zirkulator 130 zu. In diesem Fall kann das optische Kopfteil 140 eine gemeinsame Kollimatorlinse aufweisen und die Kollimatorlinse kann das zu messende Objekt 10 mit dem Messlicht bestrahlen und das reflektierte Licht von dem zu messenden Objekt 10 empfangen. Der Abstand zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 ist als d definiert.
Alternativ kann das optische Kopfteil 140 eine Kondensorlinse aufweisen. In diesem Fall fokussiert das optische Kopfteil 140 das Licht, das von dem optischen Zirkulator 130 über den Lichtwellenleiter eingegeben wird, auf der Fläche des zu messenden Objekts 10. Das optische Kopfteil 140 empfängt mindestens einen Teil des reflektierten Lichts, das auf der Fläche des zu messenden Objekts 10 reflektiert wird. Das optische Kopfteil 140 fokussiert das empfangene reflektierte Licht auf dem Lichtwellenleiter unter Verwendung der Kollimatorlinse und führt das Licht dem optischen Zirkulator 130 zu. In diesem Fall kann das optische Kopfteil 140 auch eine gemeinsame Kondensorlinse aufweisen und das zu messende Objekt 10 mit dem Messlicht unter Verwendung der Kondensorlinse bestrahlen sowie das reflektierte Licht von dem zu messenden Objekt 10 empfangen.
Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 empfängt, von dem optischen Zirkulator 130, das reflektierte Licht, das das Messlicht ist, das auf das zu messende Objekt 10 gestrahlt und davon reflektiert wird. Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 empfängt auch das Referenzlicht von dem Verzweigungsteil 120. Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 mischt das reflektierte Licht und das Referenzlicht, um ein Schwebungssignal zu erzeugen. Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 weist zum Beispiel ein photoelektrisches Umwandlungselement auf, wandelt das Schwebungssignal in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal aus.
Da sich das reflektierte Licht über den Abstand von dem optischen Kopfteil 140 zu dem zu messenden Objekt 10 hin und zurück bewegt hat, tritt hier im Vergleich zu dem Referenzlicht eine Differenz eines Ausbreitungsabstands auf, die mindestens dem Abstand 2d entspricht. Da sich die Schwingungsfrequenz des Lichts, das von der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, linear mit dem Lauf der Zeit verändert, tritt in den Schwingungsfrequenzen des Referenzlichts und des reflektierten Lichts eine Frequenzdifferenz in Abhängigkeit von einer Ausbreitungsverzögerung auf, die der Differenz des Ausbreitungsabstands entspricht. Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 erzeugt ein Schwebungssignal entsprechend einer derartigen Frequenzdifferenz.
Das Erfassungsteil 160 erfasst die Differenz des Ausbreitungsabstands zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht durch Frequenzanalysieren des Schwebungssignals, das durch das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 erzeugt wird. Das Erfassungsteil 160 tastet das Schwebungssignal bei unterschiedlichen Abtastfrequenzen ab und führt eine Frequenzanalyse auf dem Schwebungssignal durch. Die Frequenzanalyse des Erfassungsteils 160 wird im Folgenden beschrieben.
Das Anzeigeteil 170 zeigt ein Analyseergebnis des Erfassungsteils 160 an. Das Anzeigeteil 170 kann eine Anzeige oder dergleichen aufweisen, um das Erfassungsergebnis anzuzeigen. Das Anzeigeteil 170 kann das Analyseergebnis in einer Speichereinheit oder dergleichen speichern.
Die Messvorrichtung 100, die vorangehend beschrieben wurde, kann den Abstand zwischen der Messvorrichtung 100 und dem zu messenden Objekt 10 durch Analysieren der Frequenzdifferenz zwischen dem reflektierten Licht des Messlichts, das auf das zu messende Objekt 10 gestrahlt wird, und dem Referenzlicht messen. Das heißt, dass die Messvorrichtung 100 einen kontaktlosen und zerstörungsfreien optischen Entfernungsmesser bilden kann. Als Nächstes wird eine ausführlichere Konfiguration der Messvorrichtung 100 beschrieben.
[Konfigurationsbeispiel für die Laservorrichtung 110]
2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für die Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Laservorrichtung 110 von 2 zeigt ein Beispiel für den FSFL. Die Laservorrichtung 110 weist einen Laserresonator auf und lässt einen Laserstrahl in dem Laserresonator schwingen. Der Laserresonator der Laservorrichtung 110 weist einen Laserresonator auf, der einen Frequenzschieber 112, ein Verstärkungsmedium 114, einen WDM-Koppler 116, eine Pumplichtquelle 117 und einen Ausgabekoppler 118 aufweist.
Durch eine annähernd konstante Frequenz verschiebt der Frequenzschieber 112 eine Frequenz eines einzugebenden Lichts. Der Frequenzschieber 112 ist zum Beispiel ein akusto-optischer Frequenzschieber (AOFS) mit akusto-optischen Elementen. Hier ist ein Betrag der Frequenzverschiebung durch den Frequenzschieber 112 mit +ν_s festgelegt. Das heißt, dass der Frequenzschieber 112 die Frequenz des Lichts, das um den Resonator zirkuliert, verschiebt, um die Frequenz für jede Runde um ν_s zu erhöhen.
Dem Verstärkungsmedium 114 wird ein Pumplicht zugeführt und es verstärkt das eingegebene Licht. Das Verstärkungsmedium 114 ist zum Beispiel ein Lichtwellenleiter, der mit Verunreinigungen dotiert ist. Die Verunreinigungen sind zum Beispiel Seltenerdelemente, wie etwa Erbium, Neodym, Ytterbium, Terbium, Thulium oder dergleichen. Dem Verstärkungsmedium 114 wird das Pumplicht von der Pumplichtquelle 117 über den WDM-Koppler 116 zugeführt. Der Ausgabekoppler 118 gibt, an eine externe Vorrichtung, einen Teil des Lichts aus, das in dem Resonator mit dem Laser in Schwingung versetzt wurde.
Das heißt, dass die Laservorrichtung 110, die in 2 zu sehen ist, einen Faserringlaser enthält, der den Frequenzschieber 112 in dem Resonator aufweist. Die Laservorrichtung 110 weist ferner vorzugsweise einen Isolator in dem Resonator auf. Die Laservorrichtung 110 kann auch einen optischen Bandpassfilter aufweisen, durch den Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbandes in dem Resonator gelangt. Frequenzmerkmale des Laserstrahls, der von der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, werden im Folgenden beschrieben.
3 zeigt ein Beispiel für den Laserstrahl, der aus der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 3 zeigt links ein Lichtspektrum des Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung 110 zur Zeit t₀ ausgegeben wird. In dem Lichtspektrum gibt die horizontale Achse die Lichtintensität an und die vertikale Achse gibt die Lichtfrequenz an. Mehrere Längsmoden des Lichtspektrums sind auch durch die Zahlen q bezeichnet. Die Frequenzen der mehreren Längsmoden sind in annähernd konstanten Frequenzintervallen angeordnet. Angenommen, dass τ_RT(=1/ν_C) die Zeit für das Licht bezeichnet, die es braucht, um den Resonator zu gehen, dann sind die mehreren Längsmoden in Intervallen von 1/τ_RT(=ν_C), wie durch die folgende Gleichung dargestellt, angeordnet. Es ist anzumerken, dass ν₀ die Anfangsfrequenz des Lichtspektrums zur Zeit t₀ ist. $v_{q} (t_{0}) = v_{0} + \frac{q}{τ_{R T}}$
3 zeigt rechts Veränderungen der Frequenzen mit dem Lauf der Zeit der mehreren Längsmoden, die durch die Laservorrichtung 110 ausgegeben werden. Auf der rechten Seite von 3 gibt die horizontale Achse die Zeit an und die vertikale Achse gibt die Frequenz an. Das heißt, dass 3 auf der rechten Seite eine Veränderung der Frequenz des Laserstrahls, der von der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, über die Zeit darstellt und eine Momentanfrequenz des Laserstrahls zur Zeit t₀ auf der linken Seite darstellt.
In der Laservorrichtung 110 erhöht der Frequenzschieber 112 die Frequenz des Lichts, das sich um den Resonator bewegt, um ν_s , jedes Mal, wenn das Licht in dem Resonator um den Resonator geht. Das heißt, dass, da sich die Frequenz von jedem der Moden für jedes Passieren von τ_RT um ν_s erhöht, die Zeitveränderung dv/dt der Frequenz annähernd gleich ν_s/τ_RT wird. Daher verändern sich die mehreren Längsmoden, die durch Gleichung 1 dargestellt sind, wie die folgende Gleichung mit dem Lauf der Zeit t. $v_{q} (t) = v_{0} + \frac{v_{s}}{τ_{R T}} t + \frac{q}{τ_{R T}}$
[Einzelheiten eines Abstandsmessprozesses]
Die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10, indem sie die Laservorrichtung 110 verwendet, die die Frequenzelemente ausgibt, die durch Gleichung 2 dargestellt sind. Es wird angenommen, dass eine optische Wegdifferenz zwischen dem Referenzlicht und dem reflektierten Licht nur der Abstand 2d ist, der der Hin- und Herabstand d ist, und die Ausbreitungsverzögerung, die dem Abstand 2d entspricht, Δt ist. Das heißt, dass, wenn das Messlicht reflektiert und von dem zu messenden Objekt 10 zur Zeit t zurückgegeben wird, die Frequenz des zurückgegebenen reflektierten Lichts annähernd mit der vergangenen Frequenz übereinstimmt, das heißt eine Zeit Δt früher als die Zeit t, und daher durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann. $v_{q} (t - Δ t) = v_{0} + \frac{v_{s}}{τ_{R T}} (t - Δ t) + \frac{q}{τ_{R T}}$
Indessen kann das Referenzlicht zur Zeit t durch die folgende Gleichung in einer ähnlichen Weise wie Gleichung 2 ausgedrückt werden, wobei das Referenzlicht ν_q'(t) ist. $v_{q'} (t) = v_{0} + \frac{v_{s}}{τ_{R T}} t + \frac{q'}{τ_{R T}}$
Da das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 das reflektierte Licht und das Referenzlicht überlagert, werden mehrere Schwebungssignale zwischen den mehreren Längsmoden, die durch Gleichung 3 ausgedrückt werden, und den mehreren Längsmoden, die durch Gleichung 4 ausgedrückt werden, erzeugt. Angenommen, dass die Frequenzen von derartigen Schwebungssignalen ν_B(m, d) sind, dann kann ν_B(m, d) durch die folgende Gleichung aus Gleichung 3 und 4 ausgedrückt werden, wobei m ein Intervall der Längsmodenzahlen (=q-q') und Δt = 2d/c ist. $v_{B} (m, d) = v_{q'} (t) - v_{q} (t - Δ t) = \frac{v_{s}}{τ_{R T}} \cdot \frac{2 d}{c} - \frac{m}{τ_{R T}}$
Von Gleichung 5 wird der Abstand d durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wobei 1/τ_RT = ν_c. $d = \frac{c}{2 v_{s} v_{c}} {v_{B} (m, d) + m v_{c}}$
Aus Gleichung 6 ist zu entnehmen, dass der Abstand d aus einem Frequenzbetrachtungsergebnis des Schwebungssignals durch Bestimmen des Intervalls m der Längsmodenzahlen berechnet werden kann. Es wird angemerkt, dass das Intervall m durch Erfassen einer Veränderung der Schwebungssignale bestimmt werden kann, wenn der Betrag der Frequenzverschiebung ν_s der Laservorrichtung 110 verändert wird. Da ein derartiges Verfahren zum Bestimmen des Intervalls m bekannt ist, wie in Patentdokument 1 oder dergleichen beschrieben, wird seine ausführliche Beschreibung weggelassen.
Da das betrachtete Schwebungssignal in der Berechnung immer eine positive Frequenz ist, wird das Schwebungssignal, das auf der negativen Frequenzseite erzeugt wird, auf die positive Seite zurückgefaltet und als Bildsignal betrachtet. Als Nächstes wird die Erzeugung eines derartigen Bildsignals beschrieben.
4 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Frequenz des Schwebungssignals, das durch die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst wird, und dem Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10. In 4 gibt die horizontale Achse den Abstand d an und die vertikale Achse gibt die Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals an. Die mehreren geraden Linien, die durch die fetten Linien in 4 dargestellt sind, zeigen die Beziehung der Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals in Bezug auf den Abstand d für jedes der mehreren m, wie in Gleichung 5 zu sehen ist.
Wie in 4 zu sehen ist, werden die mehreren Schwebungssignale entsprechend dem Wert von m erzeugt. Da die mehreren Längsmoden, die in jedem von dem reflektierten Licht und dem Referenzlicht umfasst sind, in annähernd konstanten Frequenzintervallen ν_c angeordnet sind, werden jedoch mehrere Schwebungssignale mit gleichen Werten von m auf der annähernd gleichen Frequenz auf der Frequenzachse überlagert. Zum Beispiel, wenn ein Frequenzband zwischen Frequenzen 0 und ν_c betrachtet wird, werden mehrere Schwebungssignale auf annähernd der gleichen Frequenz überlagert und als einziges Linienspektrum betrachtet.
Zudem wird die Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals in dem negativen Bereich, die kleiner als 0 ist, ferner als Bildsignal betrachtet. Das heißt, dass der Graf des Bereichs, in dem die vertikale Achse von 4 kleiner ist als 0, mit einer Frequenz 0 als Grenze zurückgefaltet wird. 4 zeigt das gefaltete Bildsignal durch mehrere gestrichelte Linien. Da nur die positiven und negativen der gefalteten Bildsignale umgekehrt werden, werden die Bildsignale auf der betrachteten Frequenzachse bei der gleichen Frequenz wie der absolute Wert der Frequenz überlagert, bevor sie gefaltet werden. Zum Beispiel, wenn ein Frequenzband zwischen Frequenzen 0 und ν_c betrachtet wird, werden das Schwebungssignal und das Bildsignal jeweils bei unterschiedlichen Frequenzen angeordnet, soweit die Frequenzen des Schwebungssignals und des Bildsignals ν_c/2 werden.
Wie vorangehend beschrieben wurde, werden in dem Betrachtungsband zwischen den Frequenzen 0 und ν_c zwei Linienspektren erzeugt, welche (i) das Schwebungssignal ν_B(m, d) und (ii) das Bildsignal ν_B(m', d), dessen Wert von m sich von dem des Schwebungssignals ν_B(m, d) unterscheidet, sind. Hier ist als Beispiel m' = m+1. In diesem Fall kann das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 ein derartiges Bildsignal löschen, indem es eine Quadraturerfassung verwendet. Als Nächstes werden das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und das Erfassungsteil 160 unter Verwendung der Quadraturerfassung beschrieben.
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und das Erfassungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Quadratur des Schwebungssignal-Erzeugungsteils 150 erfasst das reflektierte Licht und das Referenzlicht. Das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 weist einen optischen 90-Grad-Hybriden 152 und zwei photoelektrische Umwandlungsteile 154 auf.
Der optische 90-Grad-Hybrid 152 verzweigt jeweils das eingegebene reflektierte Licht und das eingegebene Referenzlicht in zwei. Der optische 90-Grad-Hybrid 152 multiplext eines von den verzweigten reflektierten Lichtern und eines von den verzweigten Referenzlichtern mit einem optischen Koppler oder dergleichen, um das erste Schwebungssignal zu erzeugen. Der optische 90-Grad-Hybrid 152 multiplext das andere verzweigte reflektierte Licht und das andere verzweigte Referenzlicht mit dem optischen Koppler oder dergleichen, um das zweite Schwebungssignal zu erzeugen. Hier erzeugt der optische 90-Grad-Hybrid 152 ein Schwebungssignal, nachdem eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen den zwei verzweigten Referenzlichtern erzeugt wurde. Zum Beispiel multiplext der optische 90-Grad-Hybrid 152 eines von den zwei verzweigten Referenzlichtern mit dem reflektierten Licht, nachdem es durch eine π/2 Wellenlänge-Platte gelangt ist.
Das photoelektrische Umwandlungsteil 154 empfängt das gemultiplexte reflektierte Licht und Referenzlicht und wandelt sie in elektrische Signale um. Das photoelektrische Umwandlungsteil 154 kann eine Photodiode oder dergleichen sein. Das photoelektrische Umwandlungsteil 154 ist zum Beispiel eine ausgeglichene Photodiode. In 5 wird angenommen, dass eines von zwei photoelektrischen Umwandlungsteilen 154 das erste Schwebungssignal erzeugt und das andere photoelektrische Umwandlungsteil 154 das zweite Schwebungssignal erzeugt. Wie vorangehend beschrieben wurde, führt das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 die Quadraturerfassungen durch Multiplexen von jeweils zwei Referenzlichtern und zwei reflektierten Lichtern mit Phasen, die sich um 90 Grad unterscheiden, durch und gibt zwei Schwebungssignale an das Erfassungsteil 160 aus.
Das Erfassungsteil 160 führt eine Frequenzanalyse auf den zwei Schwebungssignalen durch. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem das Erfassungsteil 160 eine Frequenzanalyse unter Verwendung des ersten Schwebungssignals als Signal I und des zweiten Schwebungssignals als Signal Q durchführt. Das Erfassungsteil 160 weist das erste Filterteil 162, das zweite Filterteil 164, das erste AD-Umwandlungsteil 202, das zweite AD-Umwandlungsteil 204, ein Taktsignal-Zuführteil 210 und ein Frequenzanalyseteil 220 auf.
Das erste Filterteil 162 und das zweite Filterteil 164 reduzieren Signalkomponenten in einem Frequenzband, das von einem Frequenzband abweicht, das ein Benutzer oder dergleichen analysieren möchte. Hier ist das Frequenzband, das der Benutzer oder dergleichen analysieren möchte, von 0 bis ν_c festgelegt. Das erste Filterteil 162 und das zweite Filterteil 164 sind zum Beispiel Tiefpassfilter, die Signalkomponenten mit einer Frequenz kleiner oder gleich ν_c durchlassen. In diesem Fall führt das erste Filterteil 162 das erste Schwebungssignal, das durch Reduzieren der Signalkomponenten mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz ν_c , dem ersten AD-Umwandlungsteil 202 zu. Das zweite Filterteil 164 führt ebenso das zweite Schwebungssignal, das durch Reduzieren der Signalkomponenten mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz ν_c , dem zweiten AD-Umwandlungsteil 204 zu.
Das erste AD-Umwandlungsteil 202 und das zweite AD-Umwandlungsteil 204 wandeln analoge Signale um, die in digitale Signale einzugeben sind. Zum Beispiel wandelt das erste AD-Umwandlungsteil 202 das erste Schwebungssignal in ein digitales Signal um und das zweite AD-Umwandlungsteil 204 wandelt das zweite Schwebungssignal in ein digitales Signal um. Das Taktsignal-Zuführteil 210 führt dem ersten AD-Umwandlungsteil 202 und dem zweiten AD-Umwandlungsteil 204 Taktsignale zu. Dadurch wandeln das erste AD-Umwandlungsteil 202 und das zweite AD-Umwandlungsteil 204 die analogen Signale in die digitalen Signale bei ungefähr der gleichen Abtastrate wie die Frequenz des empfangenen Taktsignals um.
Wenn das Betrachtungsband von 0 bis ν_c ist, ist hier die Frequenz der Schwebungssignale maximal die Resonanzfrequenz ν_c des Laserresonators. Daher führt das Taktsignal-Zuführteil 210 Taktsignale mit einer Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz ν_c des Laserresonators dem ersten AD-Umwandlungsteil 202 und dem zweiten AD-Umwandlungsteil 204 zu, wodurch die Schwebungssignale betrachtet werden können. Hier wird die Frequenz von zwei- oder mehrmal der Resonanzfrequenz ν_c die erste Frequenz sein. Auf diese Weise führt das Erfassungsteil 160 eine Frequenzanalyse auf dem ersten Schwebungssignal und dem zweiten Schwebungssignal, die durch Abtasten der Schwebungssignale bei der ersten Frequenz erzeugt werden, als Abtastdaten durch.
Das Frequenzanalyseteil 220 wandelt das erste Schwebungssignal und das zweite Schwebungssignal in Frequenzdaten um. Als ein Beispiel führt das Frequenzanalyseteil 220 eine digitale Fourier-Transformation (DFT) auf dem ersten Schwebungssignal und dem zweiten Schwebungssignal durch. Das Frequenzanalyseteil 220 fügt das erste Schwebungssignal, das in die Frequenzdaten umgewandelt wird, als echten Teil hinzu, fügt das zweite Schwebungssignal, das in die Frequenzdaten umgewandelt wird, als imaginären Teil hinzu und löscht das Bildsignal. Die Quadraturerfassung in dem Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und die Frequenzanalyse in dem Erfassungsteil 160 werden im Folgenden beschrieben.
Nachdem die Schwebungssignale in die digitalen Signale umgewandelt wurden, kann das Erfassungsteil 160 das Frequenzanalyseteil 220 unter Verwendung einer integrierten Schaltung oder dergleichen konfigurieren. Zum Beispiel kann das Erfassungsteil 160 ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) aufweisen.
Wenn mindestens ein Teil des Erfassungsteils 160 durch einen Computer oder dergleichen konfiguriert wird, weist das Erfassungsteil 160 die Speichereinheit und die Steuereinheit auf. Die Speichereinheit weist zum Beispiel einen Festwertspeicher (ROM), der ein Basic Input Output System (BIOS) oder dergleichen eines Computers oder dergleichen speichert, das das Frequenzanalyseteil 220 realisiert, und einen Direktzugriffspeicher (RAM), der als Arbeitsbereiche dient, auf. Die Speichereinheit kann verschiedene Informationsstücke speichern, die ein Betriebssystem (OS), Anwendungsprogramme und/oder eine Datenbank, auf die zur Zeit des Ausführens der Anwendungsprogramme zurückgegriffen wird, umfassen. Das heißt, dass die Speichereinheit eine Speichervorrichtung mit großer Kapazität wie ein Festplattenlaufwerk (HDD) und/oder eine Solid-State-Festplatte (SSD) aufweisen kann.
Die Steuereinheit ist ein Prozessor, wie etwa eine CPU, und funktioniert wie das Frequenzanalyseteil 220 durch Ausführen von in der Speichereinheit gespeicherten Programmen. Die Steuereinheit kann eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen aufweisen.
6 zeigt ein Beispiel für eine Übersicht über eine Quadraturerfassung durch das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und das Erfassungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 6 gibt die horizontale Achse die Frequenz des Schwebungssignals an und die vertikale Achse gibt die Signalintensität an. 6 zeigt ein Frequenzspektrum eines von dem Signal I und dem Signal Q. Die Frequenzspektren von sowohl dem Signal I als auch Q weisen ungefähr die gleiche spektrale Form auf, wie in dem oberen Teil von 6 zu sehen ist. In dem Signal I und dem Signal Q werden zum Beispiel ein Schwebungssignal ν_B(m, d) und ein Bildsignal ν_B(m+1, d) in einem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und ν_c betrachtet. In diesem Fall liegt in den Signalen I und Q ein Schwebungssignal -ν_B(m, d) und ein ursprüngliches Schwebungssignal -ν_B(m+1, d) des Bildsignals in einem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -ν_c auf der negativen Seite vor.
Da das Signal I und das Signal Q Signalkomponenten sind, die durch das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 quadraturerfasst werden, weisen sie hier unterschiedliche Phaseninformationen auf, selbst wenn die spektralen Formen die gleichen sind. Zum Beispiel werden in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und ν_c auf der positiven Seite Phasen der Bildsignale ν_B(m+1, d) des Signals I und des Signals Q gegenseitig umgekehrt. Ähnlich werden in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -ν_c auf der negativen Seite Phasen der Bildsignale -ν_B(m, d) des Signals I und Q gegenseitig umgekehrt.
Daher, wie in dem unteren Teil von 6 zu sehen ist, wenn das Frequenzanalyseteil 220 I+jQ unter Verwendung des Signals I und des Signals Q berechnet, stärken sich die Schwebungssignale der Frequenz ν_B(m, d) gegenseitig und löschen sich die Bildsignale der Frequenz ν_B(m+1, d) in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und ν_c gegenseitig aus. Ähnlich stärken sich in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -ν_c die Schwebungssignale der Frequenz -ν_B(m+1, d) gegenseitig und löschen sich die Schwebungssignale der Frequenz -ν_B(m, d) gegenseitig aus.
Gemäß dem Frequenzanalyse-Ergebnis des Frequenzanalyseteils 220 wird ein Schwebungssignal für die Frequenz ν_B(m, d) in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und ν_c betrachtet. Da die Messvorrichtung 100 das Bildsignal in dieser Weise auslöschen kann, kann der Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 gemessen werden.
Hier wird der Abstand d, der durch die Messvorrichtung 100 gemessen wird, durch Gleichung 6 ausgedrückt. Das heißt, dass je größer die Werte von ν_s und ν_c , desto kleiner die Wirkung der Messgenauigkeit der Signalfrequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals auf Messgenauigkeit des Abstands d. Zudem, da ν_c auch einen Messfehler aufweisen kann, wird bevorzugt, dass der Wert von m kleiner ist. Aus den Beispielen von 4 geht hervor, dass, wenn die Abstände d gleich sind, je kleiner ν_s , desto kleiner wird der Wert von m. Daher wird bevorzugt, den Wert von ν_c im Vergleich zum Erhöhen des Werts von ν_s , zu erhöhen, um eine Messgenauigkeit des Abstands d zu verbessern. Da ν_c die Frequenz ist, bei der Schwebungssignale in dem Betrachtungsband maximiert werden, entspricht jedoch ein Erhöhen des Werts von ν_s einem Erhöhen der Abtastfrequenz.
Auch die Messgenauigkeit von ν_B(m, d) und ν_c wird durch eine Frequenzauflösung beeinflusst, welche der Kehrwert der Abtastzeiten ist. Das heißt, dass, um die Messgenauigkeit von ν_B(m, d) und ν_c zu verbessern, es bevorzugt wird, die Abtastzeit zu verlängern.
Wie vorangehend beschrieben wurde, um eine Messgenauigkeit des Abstands d zu verbessern, wird bevorzugt, die Schwebungssignale bei einer höheren Abtastfrequenz für einen längeren Abtastzeitraum abzutasten, und daher würde die Anzahl von Abtastdatenstücken ansteigen. Wenn die Anzahl von Abtastdatenstücken ansteigt, wird die Zeit, die zur Frequenzanalyse benötigt wird, länger, sodass die Abstandsmessung durch die ersten Abtastdaten den Durchsatz reduzieren kann.
Die Anzahl von zu betrachtenden Schwebungssignalen beträgt hier in dem Betrachtungsband eins und eine Signalspektrumsbreite des Schwebungssignals beträgt etwa mehrere hundert kHz. In diesem Fall ist es denkbar, die Anzahl von Abtastdatenstücken durch Kombinieren einer Unterabtastung mit einer reduzierten Abtastfrequenz zusätzlich zur normalen Überabtastung zu reduzieren. Eine derartige Unterabtastung wird im Folgenden beschrieben.
[Unterabtastung]
7 zeigt ein Beispiel für eine Übersicht über eine Unterabtastung des Erfassungsteils 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die obere Darstellung von 7 zeigt das zu betrachtende Frequenzband von den Frequenzen 0 bis ν_c , welches durch Abtasten unter Verwendung der ersten Frequenz erfasst werden kann. Hier ist das Frequenzband von 0 bis ν_c als erstes Frequenzband definiert. Zudem ist das Betrachtungsband einer Unterabtastung durch eine Abtastfrequenz f_s von 0 bis f_s festgelegt, wobei ein Frequenzband von 0 bis f_s als zweites Frequenzband definiert ist. Es wird angemerkt, dass f_s < ν_c. 7 zeigt einen beispielhaften Fall, in dem das erste Frequenzband in mehrere Stücke durch eine Bandbreite f_s des zweiten Frequenzbandes geteilt ist. In 7 sind die mehreren Bänder Band 1, Band 2 und so weiter von der Niederfrequenzseite. Ein Beispiel, in dem ein Schwebungssignal bei einer Frequenz F vorliegt, das in Band 3 umfasst ist, ist auch zu sehen.
Die untere Darstellung von 7 zeigt ein beispielhaftes Frequenzband f_s , das durch Unterabtastung betrachtet wird. Die Signalkomponente des Frequenzbandes f_s ist ein Ergebnis eines Überlagerns der Signalkomponenten der mehreren geteilten Bänder 1, 2 und so weiter. Zudem ist ein Beispiel zu sehen, in dem das Schwebungssignal bei der Frequenz f betrachtet wird. Wenn durch Unterabtastung betrachtet, können die Frequenz f und die Frequenz F in dem ersten Frequenzband, welches das ursprüngliche Betrachtungsband ist, hier durch die Beziehung der folgenden Gleichung ausgedrückt werden, wobei „%“ eine Modulo-Operation ist. $f' = F % f_{s}$
Wenn bekannt ist, von welchem Band des ursprünglichen Betrachtungsbandes die Signalkomponente f durch Unterabtastung kommt, kann hier eine Frequenzposition F in dem ursprünglichen Band berechnet werden. Zum Beispiel, wenn die Bandzahl der Signalkomponente f n ist, kann die Frequenzposition F unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden. $F = (n - 1) \cdot f_{s} + f'$
Da bei einer derartigen Unterabtastung die Abtastfrequenz f_s niedriger ist als die erste Frequenz, ist es möglich, eine Messgenauigkeit mit weniger Abtastdaten als den ersten Abtastdaten zu verbessern. Das heißt, dass zum Beispiel die Messvorrichtung 100 den Wert von n durch Frequenzanalysieren der ersten Abtastdaten mit niedriger Genauigkeit bestimmt, welche angemessen ist, um zu bestimmen, zu welchen Band das Schwebungssignal gehört. Dann betrachtet die Messvorrichtung 100 die Signalfrequenz f durch Unterabtastung mit hoher Präzision und berechnet die Frequenz F des Schwebungssignals aus Gleichung 8. Dadurch wird die Messung der Frequenz F des Schwebungssignals mit hoher Genauigkeit erwartet, während die Verringerung des Durchsatzes unterdrückt wird.
Wie in 6 beschrieben wird, existiert jedoch, obwohl ein Schwebungssignal ν_B(m, d) in dem ersten Frequenzband durch die Quadraturerfassung existiert, ein Schwebungssignal ν_B(m+1, d), das um m abweicht, in dem negativen Frequenzband von 0 bis -ν_c . Wenn eine Unterabtastung durchgeführt wird, wird zusätzlich zu der Signalkomponente, die auf dem Schwebungssignal ν_B(m, d) basiert, die Signalkomponente, die auf dem Schwebungssignal ν_B(m+1, d) basiert, überlagert und es wird unmöglich zu unterscheiden, welches das zu betrachtende Schwebungssignal ist.
8 zeigt ein erstes Beispiel für ein Ergebnis einer Unterabtastung, die durch das Erfassungsteil 160 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 8 gibt die horizontale Achse die Frequenz an und die vertikale Achse gibt die Signalintensität an. 8 zeigt Beispiele, wobei ν_c = 100 MHz, ν_B(m, d) = 25.4 MHz, ν_B(m+1, d) = -74.6 MHz und Unterabtastungsfrequenz f_s = 30 MHz. Es wird angemerkt, dass jedes Signal eine Sinuswelle ist und ungefähr den gleichen Amplitudenwert aufweist.
Das Schwebungssignal der Frequenz ν_B(m, d) ist ein Signal, das in Band 1 umfasst ist, und das Unterabtastungsergebnis wird auch bei 25,4 MHz lokalisiert. Das Schwebungssignal der Frequenz ν_B(m+1, d) ist ein Signal, das in dem dritten Band in der negativen Richtung umfasst ist, und wird bei 15,4 MHz lokalisiert, wenn das Signal als Signal einer Frequenz -14,6 MHz durch Unterabtastung zurückgefaltet wird. Auf diese Weise, wenn eine Unterabtastung einfach durchgeführt wird, existieren zwei Signalkomponenten in dem Betrachtungsband und es ist unmöglich, das zu betrachtende Schwebungssignal zu unterscheiden.
Wie vorangehend beschrieben wurde, war es bislang herkömmlicherweise schwierig, eine Frequenzanalyse auf dem Schwebungssignal der Messvorrichtung 100 durch Kombinieren einer Überabtastung und Unterabtastung durchzuführen. Das heißt, dass es bislang schwierig war, die Messgenauigkeit zu verbessern, während die Verringerung des Durchsatzes unterdrückt wird.
Die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das zu betrachtende Schwebungssignal durch Festlegen der Abtastfrequenz der Unterabtastung auf eine Frequenz entsprechend der Resonatorfrequenz des Laserresonators unterscheiden. Insbesondere verwendet das Erfassungsteil 160 eine Frequenz, die durch Teilen der Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird, als Abtastfrequenz zur Unterabtastung. Hier ist eine Frequenz, welche ein ganzzahliger Bruchteil der Resonanzfrequenz ν_c des Laserresonators ist, als zweite Frequenz definiert. Die positive Ganzzahl ist eine Ganzzahl größer 0 und die zweite Frequenz wird zum Beispiel als ν_c/k ausgedrückt, das ν_c geteilt durch k(= 1, 2, 3, ...) ist.
Dann führt das Erfassungsteil 160 eine Frequenzanalyse auf den ersten Abtastdaten und den zweiten Abtastdaten durch, die abgetastet und bei der zweiten Frequenz erzeugt werden, und erfasst die Differenz d zwischen den Ausbreitungsabständen des Referenzlichts und des Messlichts. Hier ist gemäß Gleichung 5 die Frequenzdifferenz zwischen dem Schwebungssignal ν_B(m, d) und dem Schwebungssignal ν_B(m+1, d) ν_c . Daher wird, angenommen, dass die zweite Frequenz ν_c/k die Abtastfrequenz f_s ist, die Frequenz f, die durch Unterabtastung betrachtet wird, ungefähr die gleiche Frequenz, unabhängig davon, ob das Schwebungssignal ν_B(m, d) oder das Schwebungssignal ν_B(m+1, d) in Gleichung 7 substituiert wird.
Das heißt, dass die Frequenzen des Schwebungssignals ν_B(m, d) und des Schwebungssignals ν_B(m+1, d), die durch Unterabtastung erzeugt werden, durch Festlegen der Abtastfrequenz als zweite Frequenz ungefähr gleich werden. 9 zeigt ein zweites Beispiel für das Ergebnis einer Unterabtastung, die durch das Erfassungsteils 160 durchgeführt wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 9 gibt die horizontale Achse die Frequenz an und die vertikale Achse gibt die Signalintensität an. 9 zeigt Beispiele, wobei ν_c = 100 MHz, ν_B(m, d) = 25.4 MHz, ν_B(m+1, d) = -74.6 MHz und Unterabtastungsfrequenz f_s = 10 MHz. Das heißt, dass k = 10. Es wird angemerkt, dass jedes Signal eine Sinuswelle ist und ungefähr den gleichen Amplitudenwert aufweist.
Das Schwebungssignal der Frequenz ν_B(m, d) ist ein Signal, das in Band 3 umfasst ist, und das Unterabtastungsergebnis wird bei 5,4 MHz lokalisiert. Das Schwebungssignal der Frequenz ν_B(m+1, d) ist ein Signal, das in dem achten Band in der negativen Richtung umfasst ist, und ein Signal von -4,6 MHz durch eine Unterabtastung wird an das Schwebungssignal zurückgegeben und das Schwebungssignal der Frequenz ν_B(m+1, d) wird bei 5,4 MHz lokalisiert. Auf diese Weise ist es durch Festlegen der zweiten Frequenz auf eine Frequenz entsprechend der Resonatorfrequenz des Laserresonators möglich, zwei Schwebungssignale herzustellen, die ein Linienspektrum zu sein scheinen.
Wie vorangehend beschrieben wurde, da die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das zu betrachtende Schwebungssignal selbst dann unterscheiden kann, wenn das Schwebungssignal unterabgetastet wird, kann die Differenz d in dem Ausbreitungsabstand durch Kombinieren der Unterabtastung und der Überabtastung erfasst werden. Wie vorangehend beschrieben wurde, kann das Erfassungsteil 160 das Schwebungssignal unter Verwendung der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zu unterschiedlichen Abtastzeiten derart abtasten, dass die Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der zweiten Abtastdaten erhalten wird, höher ist als die Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der ersten Abtastdaten erhalten wird. Infolgedessen kann die Messvorrichtung 100 den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 mit hoher Genauigkeit messen, während die Verringerung des Durchsatzes unterdrückt wird. Die Operation der Messvorrichtung 100 wird im Folgenden beschrieben.
[Operation der Messvorrichtung 100]
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für eine Operation der Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Messvorrichtung 100 misst den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10, indem sie die Operation von Schritt S1010 bis S1060 von 10 ausführt.
Als Erstes gibt in Schritt S1010 die Laservorrichtung 110, die den Laserresonator aufweist, der einen Frequenzschieber und ein Verstärkungsmedium aufweist, einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden aus. Dann verzweigt das Verzweigungsteil 120 den frequenzmodulierten Laserstrahl, einen Teil davon als Referenzlicht und mindestens einiges des übrigen Teils davon als Messlicht. Das optische Kopfteil 140 bestrahlt das zu messende Objekt 10 mit dem Messlicht.
Als Nächstes in Schritt S1020 empfängt das optische Kopfteil 140 ein reflektiertes Licht, das von dem zu messenden Objekt 10 reflektiert wird. Dann mischt das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 das reflektierte Licht und das Referenzlicht, um ein Schwebungssignal zu erzeugen. Hier kann das Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 Schwebungssignale, das Signal I und das Signal Q, durch die Quadraturerfassung erzeugen.
Als Nächstes in Schritt S1030 tastet das Erfassungsteil 160 die Schwebungssignale bei der ersten Frequenz ab, welche größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators ist, um erste Abtastdaten zu erzeugen. Das heißt, dass das Taktsignal-Zuführteil 210 dem ersten AD-Umwandlungsteil 202 und dem zweiten AD-Umwandlungsteil 204 das Taktsignal der ersten Frequenz zuführt, um die ersten Abtastdaten zu erzeugen.
Als Nächstes in Schritt S1040 bestimmt das Erfassungsteil 160 ein Band, in dem Schwebungssignale auf der Basis der ersten Abtastdaten erzeugt werden. Das heißt, dass das Frequenzanalyseteil 220 eine Frequenzumwandlung des Signals I und Q durchführt, die die ersten Abtastdaten sind, um I+jQ zu berechnen. Dann teilt das Frequenzanalyseteil 220 das erste Frequenzband, das durch die erste Frequenz erfasst wird, in mehrere Bänder der zweiten Frequenzbandbreite, die durch die zweite Frequenz erfasst werden, und bestimmt ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, aus den geteilten mehreren Bändern. Zum Beispiel bestimmt das Frequenzanalyseteil 220 ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, durch Spezifizieren des Werts von n in Gleichung 8.
Als Nächstes in Schritt S1050 tastet das Erfassungsteil 160 das Schwebungssignal bei einer zweiten Frequenz ab, welche kleiner oder gleich der Resonanzfrequenz des Laserresonators ist, um zweite Abtastdaten zu erzeugen. Hier ist die zweite Frequenz eine Frequenz, die durch Teilen der Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird. Das heißt, dass das Taktsignal-Zuführteil 210 dem ersten AD-Umwandlungsteil 202 und dem zweiten AD-Umwandlungsteil 204 das Taktsignal der zweiten Frequenz zuführt, um die zweiten Abtastdaten zu erzeugen.
Als Nächstes in Schritt S1060 erfasst das Erfassungsteil 160 die Differenz des Ausbreitungsabstands zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht basierend auf den Frequenzanalyse-Ergebnissen der ersten Abtastdaten und der zweiten Abtastdaten. Das Frequenzanalyseteil 220 führt eine Frequenzumwandlung des Signals I und des Signals Q durch, die die zweiten Abtastdaten sind, um I+jQ zu berechnen. Dann substituiert das Frequenzanalyseteil 220 die Werte der Frequenzen f und n, bei denen das Schwebungssignal erzeugt wird, in Gleichung 8 und berechnet die Frequenz F in dem ersten Frequenzband. Dann berechnet das Frequenzanalyseteil 220 den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 unter Verwendung von Gleichung 6. Das Anzeigeteil 170 zeigt den berechneten Wert des Abstands d an.
Wie vorangehend beschrieben wurde, kann die Messvorrichtung 100 den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 bei hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit durch Abtasten des Schwebungssignals unter Verwendung der zwei Abtastfrequenzen messen. Die Messvorrichtung 100 kann eine Geometrie des zu messenden Objekts 10 durch Wiederholen der in 10 gezeigten Operation messen, während die Position verändert wird, an der der frequenzmodulierte Laserstrahl auf das zu messende Objekt 10 gestrahlt wird.
Es ist anzumerken, dass in der in 10 gezeigten Operation das Beispiel dargestellt ist, in dem die Erzeugung der ersten Abtastdaten von Schritt S1030, die Bestimmung des Bandes, in dem das Schwebungssignal erzeugt wird, von Schritt S1040 und die Erzeugung der zweiten Abtastdaten von Schritt S1050 sequentiell ausgeführt dargestellt werden, die Operation jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Messvorrichtung 100 kann die Erzeugung der ersten Abtastdaten und die Erzeugung der zweiten Abtastdaten unabhängig durchführen. Zum Beispiel kann die Messvorrichtung 100 die Erzeugung der ersten Abtastdaten von Schritt S1030, die Bestimmung des Bandes, in dem das Schwebungssignal erzeugt wird, von Schritt S1040 und die Erzeugung der zweiten Abtastdaten von Schritt S1050 parallel ausführen.
[Variationsbeispiel]
In der Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurden die Beispiele vorangehend beschrieben, in denen das Schwebungssignal bei der zweiten Frequenz abgetastet wird, die der Resonanzfrequenz des Laserresonators entspricht, um die zweiten Abtastdaten zu erzeugen. Hier kann die Laservorrichtung 110 ferner eine Konfiguration zum Einstellen der Länge des Resonators in dem Resonator aufweisen und die zweite Frequenz kann einstellbar sein. Als Nächstes wird eine derartige Laservorrichtung 110 beschrieben.
11 zeigt ein Variationsbeispiel für die Konfiguration einer Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der Laservorrichtung 110 des Variationsbeispiels sind Operationen, die ungefähr gleich zu denjenigen der Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in 2 sind, durch die gleichen Bezugszeichens gekennzeichnet und die Beschreibungen davon werden weggelassen. Die Laservorrichtung 110 der vorliegenden Modifizierung weist ferner ein optisches Verzögerungsteil 240 von einem variablen Verzögerungsbetragstyp in dem Laserresonator auf.
Das optische Verzögerungsteil 240 verändert die Verzögerungszeit, bis das eingegebene Licht in Abhängigkeit von einem Steuersignal oder dergleichen, das von außen zugeführt wird, ausgegeben wird. Das optische Verzögerungsteil 240 ist zum Beispiel eine variable Verzögerungsleitung, deren optische Weglänge eingestellt werden kann. Das heißt, dass das optische Verzögerungsteil 240 die Resonatorlänge des Resonators einstellen kann. Das optische Verzögerungsteil 240 empfängt zum Beispiel ein Steuersignal zum Steuern der optischen Weglänge von dem Erfassungsteil 160.
In diesem Fall überträgt das Erfassungsteil 160 das Steuersignal an das optische Verzögerungsteil 240 als Reaktion auf die Betrachtung von zwei Linienspektren in dem Frequenzanalyse-Ergebnis der zweiten Abtastdaten. Das Erfassungsteil 160 kann das Steuersignal an das optische Verzögerungsteil 240 als Reaktion auf die Linienbreite eines Linienspektrums übertragen, die eine vorbestimmte Schwelle in dem Frequenzanalyse-Ergebnis der zweiten Abtastdaten überschreitet.
Selbst wenn die Resonanzfrequenz aufgrund von Herstellungsvariationen, Umgebungsfluktuationen, Zeitänderungen oder dergleichen der Laservorrichtung 110 fluktuiert, kann die Laservorrichtung 110 dadurch die Resonanzfrequenz und die zweite Frequenz so steuern, dass sie eine vorbestimmte Beziehung aufweisen. Selbst wenn die Abtastfrequenz auf der Seite des Erfassungsteils 160 auf die gleiche Weise fluktuiert, kann die Laservorrichtung 110 auch die Resonanzfrequenz und die zweite Frequenz so steuern, dass sie eine vorbestimmte Beziehung aufweisen.
Wenn die Laservorrichtung 110, wie in 11 zu sehen ist, bereitgestellt wird, führt die Messvorrichtung 100 vorzugsweise ferner den Schritt zum Einstellen des Verzögerungsbetrags des optischen Verzögerungsteils 240 in der in 10 gezeigten Operation aus. Die Messvorrichtung 100 führt vorzugsweise den Schritt zum Einstellen des Verzögerungsbetrags in einer Stufe vor Schritt S1050 der in 10 gezeigten Operation durch. Zum Beispiel kann die Messvorrichtung 100 den Schritt zum Einstellen des Verzögerungsbetrags durchführen, bevor die in 10 gezeigte Operation ausgeführt wird, oder sie kann stattdessen den Schritt zum Einstellen des Verzögerungsbetrags unmittelbar vor S1050 durchführen.
In der Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die vorangehend beschrieben wurde, wurden die Beispiele beschrieben, in denen das Schwebungssignal quadraturerfasst wird, um das Bildsignal zu löschen, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Erfassungsteil 160 kann die Quadraturerfassung weglassen und das Schwebungssignal bei der ersten Frequenz abtasten, um eine Frequenzumwandlung durchzuführen. In diesem Fall steuert zum Beispiel das Erfassungsteil 160 den Verzögerungsbetrag des optischen Verzögerungsteils 240 und betrachtet eine Veränderung der Frequenz, bei der das Schwebungssignal erzeugt wird, in Bezug auf eine Veränderung der Resonatorlänge.
Wenn die Quadraturerfassung weggelassen wird, werden das Schwebungssignal und das Bildsignal in dem ersten Frequenzband betrachtet. Da das Bildsignal in dem negativen Frequenzband zurückgefaltet wird, sind jedoch Veränderungen der Signalfrequenz in Bezug auf Veränderungen der Resonatorlänge in dem Schwebungssignal und dem Bildsignal einander entgegengesetzt. Daher kann das Erfassungsteil 160 zwischen dem Schwebungssignal oder dem Bildsignal durch Erfassen, ob die Veränderung der Signalfrequenz in Bezug auf die Veränderung der Resonatorlänge in der vorbestimmten Richtung ist oder nicht, unterscheiden.
Wenn das Schwebungssignal unterschieden werden kann, da die Frequenzposition, die durch die Unterabtastung geschätzt werden kann, kann das Erfassungsteil 160 das zu betrachtende Schwebungssignal selbst dann unterscheiden, wenn zwei Linienspektren in der Unterabtastung auftreten. Daher kann die Messvorrichtung 100 den Abstand d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 bei hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit selbst dann messen, wenn die Quadraturerfassung weggelassen wird.
In der Messvorrichtung 100 der vorangehend beschriebenen Ausführungsform wurden die Beispiele beschrieben, in denen das Erfassungsteil 160 das Schwebungssignal bei der ersten Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators abtastet, um das Band zu bestimmen, in dem das Schwebungssignal erzeugt wird, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das Erfassungsteil 160 das Schwebungssignal bei der ersten Frequenz mit einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Laserresonators als erste Frequenz abtasten. Wie in 4 zu sehen ist, wenn die Abtastfrequenz die Resonanzfrequenz ν_c ist, stimmen die Frequenz, bei der das Schwebungssignal ν_B(m, d) erzeugt wird, und die Frequenz, bei der das Bildsignal ν_B(m', d) erzeugt wird, innerhalb des Betrachtungsbandes überein, wobei m' = m+1.
Das heißt, dass kein Bedarf besteht, das Schwebungssignal ν_B(m, d) und das Bildsignal ν_B(m', d) zu trennen. Daher, selbst wenn das Schwebungssignal bei der ersten Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Laserresonators abgetastet wird, kann das Band, in dem das Schwebungssignal ν_B(m, d) erzeugt wird, bestimmt werden. Daher kann die Messvorrichtung 100 selbst in diesen Fällen die Abstände d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit messen, indem sie das Bestimmungsergebnis des Erzeugungsbandes des Schwebungssignals ν_B(m, d) und das Frequenzanalyse-Ergebnis der zweiten Abtastdaten verwendet.
Die vorliegende Erfindung wird auf der Basis der Ausführungsbeispiele erörtert. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den vorangehenden Ausführungsformen erörterten Umfang beschränkt und es ist möglich, verschiedene Veränderungen und Modifizierungen innerhalb des Umfangs an der Erfindung vorzunehmen. Zum Beispiel sind die spezifischen Ausführungsformen der Verteilung und Integration der Vorrichtung nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen, alle oder einen Teil davon, beschränkt, können mit einer beliebigen Einheit eingerichtet sein, die funktionell oder physisch verteilt oder integriert ist. Des Weiteren sind neue Ausführungsbeispiele, die durch beliebige Kombinationen daraus erzeugt werden, von den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst. Darüber hinaus haben Wirkungen der neuen durch die Kombinationen erbrachten Ausführungsbeispiele die Wirkungen der ursprünglichen Ausführungsbeispiele.
Bezugszeichenliste

10: Zu messendes Objekt
100: Messvorrichtung
110: Laservorrichtung
112: Frequenzschieber
114: Verstärkungsmedium
116: WDM-Koppler
117: Pumplichtquelle
118: Ausgabekoppler
120: Verzweigungsteil
130: Optischer Zirkulator
140: Optisches Kopfteil
150: Schwebungssignal-Erzeugungsteil
152: Optischer 90-Grad-Hybrid
154: Photoelektrisches Umwandlungsteil
160: Erfassungsteil
162: Erstes Filterteil
164: Zweites Filterteil
170: Anzeigeteil
202: Erstes AD-Umwandlungsteil
204: Zweites AD-Umwandlungsteil
210: Taktsignal-Zuführteil
220: Frequenzanalyseteil
240: Optisches Verzögerungsteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3583906 [0002]

Claims

Messvorrichtung (100), umfassend: eine Laservorrichtung (110), die einen Laserresonator aufweist, der einen Frequenzschieber (112) und ein Verstärkungsmedium (114) aufweist, und einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden ausgibt; ein Verzweigungsteil (120), das einen Teil des frequenzmodulierten Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung (110) ausgegeben wird, als Referenzlicht und mindestens einen Teil des übrigen Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Messlicht verzweigt; ein Schwebungssignal-Erzeugungsteil (150), das ein Schwebungssignal durch Mischen des reflektierten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts (10) mit dem Messlicht reflektiert wird, und des Referenzlichts erzeugt; und ein Erfassungsteil (160), das eine Differenz zwischen Ausbreitungsabständen des Referenzlichts und des Messlichts erfasst, durch Durchführen einer Frequenzanalyse auf (i) ersten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer ersten Frequenz erzeugt werden, und (ii) zweiten Abtastdaten, die durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer zweiten Frequenz erzeugt werden, die durch Teilen einer Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird, wobei die erste Frequenz eine Frequenz gleich der Resonanzfrequenz oder eine Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators ist.
Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei eine Quadratur des Schwebungssignal-Erzeugungsteils (150) das reflektierte Licht und das Referenzlicht erfasst.
Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erfassungsteil (160) ein erstes Frequenzband, das unter Verwendung der ersten Frequenz erfassbar ist, in mehrere Bänder einer zweiten Frequenzbandbreite, die unter Verwendung der zweiten Frequenz erfasst werden, teilt und ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, aus den geteilten mehreren Bändern bestimmt.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erfassungsteil (160) das Schwebungssignal unter Verwendung der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz zu unterschiedlichen Abtastzeiten derart abtastet, dass eine Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der zweiten Abtastdaten erhalten wird, höher ist als eine Frequenzauflösung, die durch eine Frequenzanalyse der ersten Abtastdaten erhalten wird.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erfassungsteil (160) eine Frequenzanalyse unter Verwendung der zweiten Abtastdaten, die eine kleinere Anzahl von Datenstücken als die ersten Abtastdaten aufweisen, durchführt.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Laservorrichtung (110) ein optisches Verzögerungsteil (240) von einem variablen Verzögerungsbetragstyp in dem Laserresonator aufweist.
Messvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei das Erfassungsteil (160) ein Steuersignal zum Einstellen eines Verzögerungsbetrags an das optische Verzögerungsteil (240) überträgt, wenn eine Linienbreite eines Linienspektrums einen Schwellenwert in der Frequenzanalyse der zweiten Abtastdaten überschreitet.
Messverfahren, umfassend Schritte zum: Ausgeben eines frequenzmodulierten Laserstrahls mit mehreren Moden aus einer Laservorrichtung (110), die einen Laserresonator aufweist, der einen Frequenzschieber (112) und ein Verstärkungsmedium (114) aufweist; Verzweigen eines Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Referenzlicht und mindestens einiges des übrigen Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Messlicht; Erzeugen eines Schwebungssignals durch Mischen des reflektierten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts (10) mit dem Messlicht reflektiert wird, und des Referenzlichts; Erzeugen von ersten Abtastdaten durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Laserresonators oder bei einer ersten Frequenz größer oder gleich zweimal der Resonanzfrequenz des Laserresonators; Erzeugen von zweiten Abtastdaten durch Abtasten des Schwebungssignals bei einer zweiten Frequenz, die durch Teilen einer Resonanzfrequenz des Laserresonators durch eine positive Ganzzahl erhalten wird; und Erfassen einer Differenz zwischen Ausbreitungsabständen des Referenzlichts und des Messlichts basierend auf Frequenzanalyse-Ergebnissen der ersten Abtastdaten und der zweiten Abtastdaten.
Messverfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Teilen eines ersten Frequenzbandes, das durch die erste Frequenz erfassbar ist, in mehrere Bänder einer zweiten Frequenzbandbreite, die durch die zweite Frequenz basierend auf den ersten Abtastdaten erfasst werden, um ein Band, in dem das Schwebungssignal erzeugt wurde, aus den geteilten mehreren Bändern zu bestimmen.
Messverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Laservorrichtung (110) ein optisches Verzögerungsteil (240) von einem variablen Verzögerungsbetragstyp in dem Laserresonator aufweist und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Einstellen eines Verzögerungsbetrags des optischen Verzögerungsteils (240) derart, dass die Resonanzfrequenz des Laserresonators und die zweite Frequenz eine vorbestimmte Beziehung aufweisen.