DE102020208207A1

DE102020208207A1 - Messvorrichtung und Messverfahren

Info

Publication number: DE102020208207A1
Application number: DE102020208207.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Suzuki; Shinichi Hara; Shinji Komatsuzaki; Ryusuke Kato; Hiroki Ujihara; Masayuki Nara; Tomotaka Takahashi
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2021-01-07
Also published as: CN112180389A; JP7329376B2; US11867809B2; JP2021012069A; US20210011155A1

Abstract

Eine Messvorrichtung 300 enthält: eine Laservorrichtung 110; einen Verzweigungsteil 120, der einen frequenzmodulierten Laserstrahl, der durch die Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, in Referenzlicht und Messlicht verzweigt; einen Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150, der durch Mischen von reflektiertem Licht und dem Referenzlicht ein Schwebungssignal erzeugt; einen Umsetzungsteil 160, der das Schwebungssignal in ein digitales Signal mit einer ersten Abtastrate umsetzt und es hinsichtlich der Frequenz analysiert; einen Extraktionsteil 170, der eine Signalkomponente extrahiert, die einer Hohlraumfrequenz des frequenzmodulierten Laserstrahl entspricht; ein digitales Filter 310, das die extrahierte Signalkomponente mit einer zweiten Abtastrate digital filtert; und einen Berechnungsteil 180, der eine Differenz einer Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht berechnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung und auf ein Messverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Laser mit frequenzverschobener Rückkopplung (FSFL), der in einem Hohlraum (Resonator) mit einem Frequenzschieber versehen ist und mehrere Längsmodenlaser ausgibt, deren Schwingungsfrequenzen mit der Zeit linear variieren, ist bekannt. Außerdem ist ein optischer Entfernungsmesser, der einen derartigen FSFL verwendet, bekannt (siehe z. B. Patentdokument 1, die Patentschrift des japanischen Patents Nr. 3583906 , und das Nicht-PatentDokument 1, „Distance Sensing by FSF Laser and Its Application“ von Takefumi HARA, Optonews, Bd. 7, Nr. 3, 2012, S. 25-31).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Ein optischer Entfernungsmesser, der einen Laser mit frequenzverschobener Rückkopplung (FSFL) verwendet, kann auf kontaktlose Weise eine große Menge dreidimensionaler Informationen erfassen und wird z. B. an Entwurfs- und Produktionsstandorten verwendet. Da sich die Hohlraumlänge (Resonatorlänge) wegen Umgebungsschwankungen wie etwa der Temperatur ändern kann, verursachte der FSFL gelegentlich eine Verringerung der Messgenauigkeit des optischen Entfernungsmessers. Um die Verringerung der Messgenauigkeit zu verhindern, wird herkömmlich betrachtet, die Umgebungsschwankungen durch Einbau des FSFL in eine Kammer konstanter Temperatur zu verringern, eine Änderung der Hohlraumlänge durch Überwachen der Ausgaben des FSFL zu beobachten und dergleichen. Allerdings wird, wenn ein Beobachtungsergebnis der Änderung der Hohlraumlänge für eine Entfernungsmessung verwendet wird, die Beobachtungsschwankung der Hohlraumlänge der Schwankung der Entfernungsmessung überlagert, was einen Anstieg der Schwankung der Entfernungsmessung verursacht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieses Problems gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einem optischen Entfernungsmesser zu ermöglichen, eine Entfernung mit hoher Genauigkeit zu messen, während ein Anstieg der Kosten unterdrückt wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Messvorrichtung, zum Messen einer Entfernung zu einem zu messenden Objekt, wobei die Messvorrichtung Folgendes enthält: eine Laservorrichtung, die einen optischen Hohlraum (Laserresonator) aufweist und einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden ausgibt; einen Verzweigungsteil, der einen Teil des frequenzmodulierten Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung als Referenzlicht ausgegeben wird, und wenigstens etwas des verbleibenden Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als ein Messlicht verzweigt; einen Schwebungssignal-Erzeugungsteil, der durch Mischen des Referenzlichts und von reflektiertem Licht, das durch Einstrahlen des Messlichts auf das zu messende Objekt reflektiert wird, ein Schwebungssignal erzeugt; einen Umsetzungsteil, der das Schwebungssignal in ein digitales Signal mit einer ersten Abtastrate umsetzt und dann eine Frequenzanalyse am digitalen Signal durchführt; einen Extraktionsteil, der eine Signalkomponente extrahiert, die einer Hohlraumfrequenz (Resonatorfrequenz) des optischen Hohlraums entspricht und dem von der Laservorrichtung ausgegebenen frequenzmodulierten Laserstrahl überlagert wird; ein digitales Filter, das die extrahierte Signalkomponente mit einer zweiten Abtastrate digital filtert; und einen Berechnungsteil, der auf der Grundlage eines Ergebnisses der Frequenzanalyse des Schwebungssignals und der digital gefilterten Signalkomponente eine Differenz einer Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht berechnet.
Das digitale Filter kann die extrahierte Signalkomponente mit der zweiten Abtastrate, die niedriger als die erste Abtastrate ist, digital filtern. Der Verzweigungsteil kann den frequenzmodulierten Laserstrahl in das Referenzlicht, in das Messlicht und in Überwachungslicht verzweigen und der Extraktionsteil kann einen fotoelektrischen Umsetzungsteil enthalten, der das Überwachungslicht in ein elektrisches Signal umsetzt und die Signalkomponente, die der Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht, aus dem durch den fotoelektrischen Umsetzungsteil umgesetzten elektrischen Signal extrahiert.
Der Extraktionsteil kann ferner Folgendes enthalten: einen Filterteil, der die Signalkomponente mit einer Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums aus dem durch den fotoelektrischen Umsetzungsteil umgesetzten elektrischen Signal durchlässt; und einen Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil, der die Frequenzanalyse an der Signalkomponente, die durch den Filterteil verlaufen ist, durchführt und die Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums ausgibt.
Der Berechnungsteil kann ferner Folgendes enthalten: einen Änderungsratenberechnungsteil, der eine Änderungsrate pro Zeiteinheit der digital gefilterten Signalkomponente berechnet; und einen Bestimmungsteil, der eine Stabilität einer Messung bestimmt durch die Messvorrichtung auf der Grundlage der Änderungsrate pro Zeiteinheit bestimmt.
Der Bestimmungsteil kann bestimmen, dass die Messvorrichtung stabil ist, wenn ein berechneter Wert der Änderungsrate gleich oder größer als ein erster Schwellenwert und gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Messverfahren zum Messen einer Entfernung zu einem zu messenden Objekt, wobei das Messverfahren die folgenden Schritte enthält: Ausgeben eines frequenzmodulierten Laserstrahls mit mehreren Moden von einer Laservorrichtung mit einem optischen Hohlraum; Verzweigen eines Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Referenzlicht und wenigstens etwas des verbleibenden Teils als Messlicht; Erzeugen eines Schwebungssignals durch Mischen des Referenzlichts und von reflektiertem Licht, das durch Einstrahlen des Messlichts auf das zu messende Objekt reflektiert wird; Umsetzen des Schwebungssignals in ein digitales Signal mit einer ersten Abtastrate und dann Durchführen einer Frequenzanalyse am digitalen Signal; Extrahieren einer Signalkomponente, die einer Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht und dem frequenzmodulierten Laserstrahl überlagert wird; digitales Filtern der Signalkomponente mit einer zweiten Abtastrate und Berechnen einer Differenz einer Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht auf der Grundlage eines Ergebnisses der Frequenzanalyse des Schwebungssignals und der digital gefilterten Signalkomponente.
Das Messverfahren kann ferner die folgenden Schritte enthalten: Berechnen einer Änderungsrate pro Zeiteinheit der digital gefilterten Signalkomponente und Bestimmen einer Stabilität einer Messung auf der Grundlage der Änderungsrate pro Zeiteinheit.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es eine Wirkung des Ermöglichens, dass ein optischer Entfernungsmesser eine Entfernung mit hoher Genauigkeit misst, während ein Anstieg der Kosten unterdrückt wird.
Figurenliste

1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem zu messenden Objekt 10.
2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
3 zeigt ein Beispiel eines von der Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgegebenen Laserstrahls.
4 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen (i) einer Frequenz des durch die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform detektierten Schwebungssignals und (ii) einer Entfernung d zwischen einem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10.
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Schwebungssignal-Erzeugungsteils 150 und eines Umsetzungsteils 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
6 zeigt ein Beispiel einer Übersicht einer Quadraturdetektion durch den Schwebungssignalerzeugungsteil 150 und durch den Umsetzungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Extraktionsteils 170 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem zu messenden Objekt 10.
9 zeigt ein Beispiel einer Hohlraumfrequenz vc, die durch den Extraktionsteil 170 ausgegeben wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
10 zeigt ein Beispiel der Hohlraumfrequenz ν_C, die durch ein digitales Filter 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gefiltert und ausgegeben wird.
11 zeigt ein Variantenbeispiel der Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem zu messenden Objekt 10.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[Konfigurationsbeispiele einer Messvorrichtung 100]
1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit einem zu messenden Objekt 10. Die Messvorrichtung 100 misst optisch eine Entfernung zwischen der Messvorrichtung 100 und dem zu messenden Objekt 10. Außerdem kann die Messvorrichtung 100 durch Abtasten einer Position des auf das zu messende Objekt 10 ausgestrahlten Laserstrahls die dreidimensionale Form des zu messenden Objekts 10 messen. Die Messvorrichtung 100 enthält eine Laservorrichtung 110, einen Verzweigungsteil 120, einen optischen Zirkulator 130, einen optischen Kopfteil 140, einen Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150, einen Umsetzungsteil 160, einen Extraktionsteil 170, einen Berechnungsteil 180 und einen Anzeigeteil 190.
Die Laservorrichtung 110 weist einen optischen Hohlraum (Laserresonator) auf und gibt einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden aus. Die Laservorrichtung 110 ist in einem Hohlraum (Resonator) mit einem Frequenzschieber versehen und gibt mehrere Längsmodenlaser aus, deren Schwingungsfrequenzen sich im Zeitverlauf linear ändern. Die Laservorrichtung 110 ist z. B. ein Laser mit frequenzverschobener Rückkopplung (FSFL). Der FSFL wird später beschrieben.
Der Verzweigungsteil 120 verzweigt den von der Laservorrichtung 110 ausgegebenen frequenzmodulierten Laserstrahl mit einem Teil davon als Referenzlicht und wenigstens etwas des verbleibenden Teils davon als Messlicht. Der Verzweigungsteil 120 verzweigt den frequenzmodulierten Laserstrahl, der von der Laservorrichtung 110 ausgegeben wird, z. B. in das Referenzlicht, das Messlicht und ein Überwachungslicht. Der Verzweigungsteil 120 ist z. B. ein Ein-Eingang-Drei-Ausgänge-Faseroptikkoppler. In dem Beispiel aus 1 führt der Verzweigungsteil 120 das Messlicht dem optischen Zirkulator 130, das Referenzlicht dem Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und das Überwachungslicht dem Extraktionsteil 170 zu. 1 zeigt ein Beispiel, in dem der Verzweigungsteil 120 der Ein-Eingang-Drei-Ausgänge-Optikkoppler ist, wobei der Verzweigungsteil 120 aber alternativ eine Kombination zweier Ein-Eingang-Zwei-Ausgänge-Optikkoppler sein kann.
Der optische Zirkulator 130 weist mehrere Eingangs-/Ausgangsanschlüsse auf. Der optische Zirkulator 130 gibt z. B. Licht, das in einen Anschluss eingegeben wird, an den nächsten Anschluss aus und gibt 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 von dem Verzweigungsteil 120 zugeführte Messlicht an den optischen Kopfteil 140 aus. Außerdem gibt der optische Zirkulator 130 von dem optischen Kopfteil 140 eingegebenes Licht an den Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 aus.
Der optische Kopfteil 140 strahlt das von dem optischen Zirkulator 130 eingegebene Licht in Richtung des zu messenden Objekts 10 aus. Der optische Kopfteil 140 enthält z. B. eine Kollimatorlinse. In diesem Fall stellt der optische Kopfteil 140 zuerst das von dem optischen Zirkulator 130 über eine Lichtleitfaser eingegebene Licht unter Verwendung der Kollimatorlinse in eine Strahlform ein und gibt das Licht daraufhin aus.
Außerdem empfängt der optische Kopfteil 140 reflektiertes Licht des auf das zu messende Objekt 10 ausgestrahlten Messlichts. Der optische Kopfteil 140 fokussiert das empfangene reflektierte Licht mit einer Kollimatorlinse auf die Lichtleitfaser und führt es dem optischen Zirkulator 130 zu. In diesem Fall kann der optische Kopfteil 140 eine gemeinsame Kollimatorlinse enthalten und kann die Kollimatorlinse das zu messende Objekt 10 mit dem Messlicht bestrahlen und kann er von dem zu messenden Objekt 10 das reflektierte Licht empfangen. Die Entfernung zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 ist als d definiert.
Alternativ kann der optische Kopfteil 140 eine Fokussierlinse enthalten. In diesem Fall fokussiert der optische Kopfteil 140 das von dem optischen Zirkulator 130 über die Lichtleitfasern eingegebene Licht auf die Oberfläche des zu messenden Objekts 10. Der optische Kopfteil 140 empfängt wenigstens einen Teil des reflektierten Lichts, das auf der Oberfläche des zu messenden Objekts 10 reflektiert wird. Der optische Kopfteil 140 fokussiert das empfangene reflektierte Licht unter Verwendung der Fokussierlinse auf eine Lichtleitfaser und führt das Licht dem optischen Zirkulator 130 zu. Außerdem kann der optische Kopfteil 140 in diesem Fall eine gemeinsame Fokussierlinse enthalten und kann die Fokussierlinse das zu messende Objekt 10 mit dem Messlicht bestrahlen und das reflektierte Licht von dem zu messenden Objekt 10 empfangen.
Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 empfängt von dem optischen Zirkulator 130 das reflektierte Licht, das das auf das zu messende Objekt 10 ausgestrahlte und davon reflektierte Messlicht ist. Außerdem empfängt der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 das Referenzlicht von dem Verzweigungsteil 120. Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 mischt das reflektierte Licht und das Referenzlicht, um ein Schwebungssignal zu erzeugen. Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 enthält z. B. ein fotoelektrisches Umsetzungselement, setzt das Schwebungssignal in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal aus.
Da das reflektierte Licht hier über die Entfernung von dem optischen Kopfteil 140 zu dem zu messenden Objekt 10 in beiden Richtungen läuft, tritt im Vergleich mit dem Referenzlicht eine Differenz einer Ausbreitungsentfernung, die wenigstens der Entfernung 2d entspricht, auf. Da sich die Schwingungsfrequenz des von der Laservorrichtung 110 ausgegebenen Lichts mit Verlauf der Zeit linear ändert, tritt zwischen der Schwingungsfrequenz des Referenzlichts und der Schwingungsfrequenz des reflektierten Lichts eine Frequenzdifferenz auf, die von einer der Differenz der Ausbreitungsentfernung entsprechenden Ausbreitungsverzögerung abhängt. Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 erzeugt ein Schwebungssignal, das einer derartigen Frequenzdifferenz entspricht.
Der Umsetzungsteil 160 detektiert durch Frequenzanalyse des durch den Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 erzeugten Schwebungssignals die Frequenz des Schwebungssignals. Die Frequenzen der Schwebungssignale sind hier als ν_B definiert.
Der Extraktionsteil 170 extrahiert eine Signalkomponente, die der Hohlraumfrequenz (Resonatorfrequenz) des optischen Hohlraums entspricht und dem von der Laservorrichtung 110 ausgegebenen frequenzmodulierten Laserstrahl überlagert ist. Zum Beispiel extrahiert der Extraktionsteil 170 eine Signalkomponente der Frequenz, die gleich der Hohlraumfrequenz, die der Hohlraumlänge (Resonatorlänge) der Laservorrichtung 110 entspricht, auf der Grundlage des Überwachungslichts aus Signalkomponenten, die im frequenzmodulierten Laserstrahl enthalten sind. Die Hohlraumfrequenz ist hier als ν_C definiert.
Der Berechnungsteil 180 berechnet auf der Grundlage eines Detektionsergebnisses des Umsetzungsteils 160 und eines Extraktionsergebnisses des Extraktionsteils 170 eine Differenz der Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht. Zum Beispiel berechnet der Berechnungsteil 180 die Entfernung d von dem optischen Kopfteil 140 zu dem zu messenden Objekt 10 auf der Grundlage der Frequenz ν_B des Schwebungssignals und der Hohlraumfrequenz vc.
Der Anzeigeteil 190 zeigt das Berechnungsergebnis des Berechnungsteils 180 an. Der Anzeigeteil 190 kann eine Anzeige oder dergleichen enthalten und das Berechnungsergebnis anzeigen. Außerdem kann der Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis in einer Speichereinheit oder dergleichen speichern. Der Anzeigeteil 190 kann das Berechnungsergebnis über ein Netz oder dergleichen einer externen Einrichtung zuführen.
Die oben beschriebene Messvorrichtung 100 kann durch Analysieren der Frequenzdifferenz zwischen dem reflektierten Licht des auf das zu messende Objekt 10 ausgestrahlten Messlichts und dem Referenzlicht die Entfernung d zwischen der Messvorrichtung 100 und dem zu messenden Objekt 10 messen. Das heißt, die Messvorrichtung 100 kann einen kontaktlosen und zerstörungsfreien optischen Entfernungsmesser bilden. Nachfolgend wird eine detailliertere Konfiguration der Messvorrichtung 100 beschrieben.
[Konfigurationsbeispiel der Laservorrichtung 110]
2 zeigt ein Konfigurationsbeispiel der Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Laservorrichtung 110 aus 2 zeigt ein Beispiel des FSFL. Die Laservorrichtung 110 enthält einen optischen Hohlraum und versetzt einen Laserstrahl in dem optischen Hohlraum in Schwingungen. Der optische Hohlraum der Laservorrichtung 110 enthält einen optischen Hohlraum, der einen Frequenzschieber 112, ein Verstärkungsmedium 114, einen WDM-Koppler 116, eine Pumplichtquelle 117 und einen Ausgangskoppler 118 enthält.
Der Frequenzschieber 112 verschiebt eine Frequenz von auszugebendem Licht um eine näherungsweise konstante Frequenz. Der Frequenzschieber 112 ist z. B. ein akusto-optischer Frequenzschieber (AOFS) mit akusto-optischen Elementen. Ein Betrag der Frequenzverschiebung durch den Frequenzschieber 112 ist hier als +ν_S definiert. Das heißt, der Frequenzschieber 112 verschiebt die Frequenz des um den Hohlraum umlaufenden Lichts, um die Frequenz für jede Runde um ν_S zu erhöhen.
Dem Verstärkungsmedium 114 wird Pumplicht zugeführt und es verstärkt das Eingangslicht. Das Verstärkungsmedium 114 ist z. B. eine Lichtleitfaser, die mit Störstellen dotiert ist. Die Störstellen sind z. B. Seltenerdelemente wie etwa Erbium, Neodym, Ytterbium, Terbium, Thulium oder dergleichen. Dem Verstärkungsmedium 114 wird über den WDM-Koppler 116 das Pumplicht von der Pumplichtquelle 117 zugeführt. Der Ausgangskoppler 118 gibt einen Teil des Lichts, das in dem Hohlraum in Laserschwingungen versetzt worden ist, an eine externe Einrichtung aus.
Das heißt, die in 2 gezeigte Laservorrichtung 110 enthält einen Faserringlaser mit dem Frequenzschieber 112 in dem Hohlraum. Vorzugsweise enthält die Laservorrichtung 110 ferner einen Isolator in dem Hohlraum. Außerdem kann die Laservorrichtung 110 ein optisches Bandpassfilter aufweisen, das Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbands in dem Hohlraum durchlässt. Im Folgenden werden die Frequenzeigenschaften des von der Laservorrichtung 110 ausgegebenen Laserstrahls beschrieben.
3 zeigt ein Beispiel des von der Laservorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgegebenen Laserstrahls. 3 zeigt links ein Lichtspektrum des von der Laservorrichtung 110 zu dem Zeitpunkt t₀ ausgegebenen Laserstrahls. In dem Lichtspektrum gibt die horizontale Achse die Lichtstärke an und gibt die vertikale Achse die Frequenz des Lichts an. Außerdem sind mehrere Längsmoden des Lichtspektrums durch die Zahlen q bezeichnet. Die Frequenzen der mehreren Längsmoden sind näherungsweise in konstanten Frequenzintervallen angeordnet. Unter der Annahme, dass τ_RT (= 1/ν_c) die Zeit bezeichnet, in der das Licht um den Hohlraum umläuft, sind die mehreren Längsmoden, wie durch die folgende Gleichung repräsentiert ist, in Intervallen von 1/τ_RT (= ν_c) angeordnet. Es wird angemerkt, dass vo die Anfangsfrequenz des Lichtspektrums zu dem Zeitpunkt t₀ ist. $v_{q} (t_{0}) = v_{0} + \frac{q}{τ_{R T}}$
3 zeigt rechts Änderungen der Frequenzen der mehreren durch die Laservorrichtung 110 ausgegebenen Längsmoden im Verlauf der Zeit. Auf der rechten Seite von 3 gibt die horizontale Achse die Zeit an und gibt die vertikale Achse die Frequenz an. Das heißt, 3 zeigt auf der rechten Seite eine Änderung der Frequenz des von der Laservorrichtung 110 ausgegebenen Laserstrahls im Zeitverlauf und zeigt auf der linken Seite eine Momentanfrequenz des Laserstrahls zum Zeitpunkt t₀.
Jedes Mal, wenn das Licht in dem Hohlraum in der Laservorrichtung 110 in dem Hohlraum umläuft, erhöht der Frequenzschieber 112 die Frequenz des in dem Hohlraum umlaufenden Lichts um ν_S. Das heißt, die Änderungsrate der Frequenz dv/dt (d. h. die Chirp-Rate) wird näherungsweise gleich ν_S/τ_RT, da die Frequenz jeder der Moden für jedes Verstreichen von τ_RTum v_s zunimmt. Somit ändern sich die mehreren durch Gleichung 1 repräsentierten Längsmoden im Verlauf der Zeit t, wie in der folgenden Gleichung gezeigt ist. $v_{q} (t) = v_{0} + \frac{v_{s}}{τ_{R T}} t + \frac{q}{τ_{R T}}$
[Einzelheiten eines Entfernungsmessprozesses]
Die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst die Entfernung d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10 unter Verwendung der Laservorrichtung 110, die die durch Gleichung 2 repräsentierten Frequenzelemente ausgibt. Es wird angenommen, dass eine Differenz der optischen Wege zwischen dem Referenzlicht und dem reflektierten Licht nur die Entfernung 2d, d. h. die Entfernung d, über die hin- und hergegangen worden ist, ist und dass die der Entfernung 2d entsprechende Ausbreitungsverzögerung Δt ist. Das heißt, wenn das Messlicht von dem zu messenden Objekt 10 zu dem Zeitpunkt t reflektiert worden und zurückgekehrt ist, ist die Frequenz des zurückgekehrten reflektierten Lichts näherungsweise an die frühere Frequenz, d. h. zu einer Zeit Δt früher als der Zeitpunkt t, angepasst und kann somit durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. $v_{q} (t - Δ t) = v_{0} + \frac{v_{s}}{τ_{R T}} (t - Δ t) + \frac{q}{τ_{R T}}$
Andererseits kann das Referenzlicht zum Zeitpunkt t auf ähnliche Weise wie mit Gleichung 2 durch die folgende Gleichung 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 der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 das reflektierte Licht und das Referenzlicht überlagert, werden zwischen den mehreren durch Gleichung 3 ausgedrückten Längsmoden und den mehreren durch Gleichung 4 ausgedrückten Längsmoden mehrere Schwebungssignale erzeugt. Unter der Annahme, dass die Frequenzen dieser Schwebungssignale ν_B(m, d) sind, kann v_B(m, d) durch die folgende Gleichung aus den Gleichungen 3 und 4 ausgedrückt werden, wobei m ein Intervall der Längsmodennummern (= q-q') und Δt = 2d/c ist. $v_{B} (m, d) = v_{q'} (t) - v_{q} (t - Δ t) = \frac{v_{s}}{τ_{R T}} \cdot \frac{2 d}{c} - \frac{m}{τ_{R T}}$
Aus Gleichung 5 wird die Entfernung d durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wobei 1/τ_RT = ν_c ist. $d = \frac{c}{2 v_{s} v_{c}} {v_{B} (m, d) + m v_{c}}$
Aus Gleichung 6 ist zu verstehen, dass die Entfernung d durch Bestimmen des Intervalls m der Längsmodennummern aus einem Frequenzbeobachtungsergebnis des Schwebungssignals berechnet werden kann. Es wird angemerkt, dass das Intervall m durch Detektieren einer Änderung der Schwebungssignale bestimmt werden kann, wenn der Betrag der Frequenzverschiebung v_s der Laservorrichtung 110 geändert wird. Da ein derartiges Verfahren zum Bestimmen des Intervalls m, wie im Patentdokument 1 oder dergleichen beschrieben ist, bekannt ist, ist eine ausführliche Beschreibung weggelassen.
Da das beobachtete Schwebungssignal immer eine positive Frequenz ist, wird das auf der Seite der negativen Frequenz erzeugte Schwebungssignal in der Berechnung auf die positive Seite zurückgeklappt und als ein Bildsignal beobachtet. Nachfolgend wird die Erzeugung eines derartigen Bildsignals beschrieben.
4 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Frequenz des durch die Messvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform detektierten Schwebungssignals und der Entfernung d zwischen dem optischen Kopfteil 140 und dem zu messenden Objekt 10. In 4 gibt die horizontale Achse die Entfernung d an und gibt die vertikale Achse die Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals an. Die mehreren durch die durchgezogenen Linien in 4 gezeigten Geraden sind Graphen, die die wie in Gleichung 5 gezeigte Beziehung der Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals in Bezug auf die Entfernung d für jeden der mehreren Werte von m zeigen.
Wie in 4 gezeigt ist, werden mehrere Schwebungssignale, die dem Wert von m entsprechen, erzeugt. Allerdings sind mehrere Schwebungssignale mit gleichen Werten von m näherungsweise auf derselben Frequenz auf der Frequenzachse überlagert, da die mehreren sowohl in dem reflektierten Licht als auch in dem Referenzlicht enthaltenen Längsmoden näherungsweise in konstanten Frequenzintervallen v_c angeordnet sind. Zum Beispiel sind mehrere Schwebungssignale näherungsweise auf derselben Frequenz überlagert und werden als ein einzelnes Linienspektrum beobachtet, wenn ein Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und v_c beobachtet wird.
Außerdem wird ferner der Absolutwert der Frequenz v_B(m, d) des Schwebungssignals in dem negativen Bereich kleiner als 0 als das Bildsignal beobachtet. Das heißt, der Graph des Gebiets, in dem die vertikale Achse aus 4 kleiner als 0 ist, wird mit einer Frequenz 0 als eine Grenze zurückgeklappt. 4 zeigt das zurückgeklappte Bildsignal durch mehrere Strichlinien. Da nur das Positive und das Negative der zurückgeklappten Bildsignale umgekehrt wird, sind die Bildsignale auf der beobachteten Frequenzachse bei derselben Frequenz wie der Absolutwert der Frequenz, bevor sie zurückgeklappt worden sind, überlagert. Zum Beispiel befinden sich das Schwebungssignal und das Bildsignal jeweils bei unterschiedlichen Frequenzen, es sei denn, dass die Frequenzen des Schwebungssignals und des Bildsignals v_c/2 werden, wenn ein Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und v_c beobachtet wird.
Wie oben beschrieben ist, werden in dem Beobachtungsband zwischen den Frequenzen 0 und v_c zwei Linienspektren erzeugt, die (i) das Schwebungssignal v_B(m, d) und (ii) das Bildsignal v_B(m', d), dessen Wert von m von dem des Schwebungssignals v_B(m, d) verschieden ist, sind. Als ein Beispiel ist hier m' = m + 1. In diesem Fall kann der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 ein derartiges Bildsignal unter Verwendung einer Quadraturdetektion aufheben. Nachfolgend werden der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und der Umsetzungsteil 160, die die Quadraturdetektion verwenden, beschrieben.
5 zeigt ein Konfigurationsbeispiel des Schwebungssignal-Erzeugungsteils 150 und des Umsetzungsteils 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 führt eine Quadraturdetektion des reflektierten Lichts und des Referenzlichts aus. Der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 enthält einen optischen 90-Grad-Hybrid 152, einen ersten fotoelektrischen Umsetzungsteil 154 und einen zweiten fotoelektrischen Umsetzungsteil 156.
Der optische 90-Grad-Hybrid 152 verzweigt das eingegebene reflektierte Licht bzw. das eingegebene Referenzlicht in zwei. Der optische 90-Grad-Hybrid 152 multiplexiert eines der verzweigten reflektierten Lichtsignale und eines der verzweigten Referenzlichtsignale mit einem Optikkoppler oder dergleichen, um das erste Schwebungssignal zu erzeugen. Der optische 90-Grad-Hybrid 152 multiplexiert das andere verzweigte reflektierte Licht und das andere verzweigte Referenzlicht mit dem Optikkoppler oder dergleichen, um das zweite Schwebungssignal zu erzeugen. Der optische 90-Grad-Hybrid 152 erzeugt hier, nachdem er zwischen den zwei verzweigten Referenzlichtsignalen eine Phasendifferenz von 90 Grad erzeugt hat, ein Schwebungssignal. Zum Beispiel multiplexiert der optische 90-Grad-Hybrid 152 das verzweigte reflektierte Licht mit einem des verzweigten Referenzlichts und multiplexiert er das verzweigte reflektierte Licht mit Licht, das durch das andere verzweigte Referenzlicht erzeugt wird, das durch eine π/2-Wellenlängen-Platte geht.
Der erste fotoelektrische Umsetzungsteil 154 und der zweite fotoelektrische Umsetzungsteil 156 empfangen das multiplexierte reflektierte Licht und das Referenzlicht und setzen sie in elektrische Signale um. Sowohl der erste fotoelektrische Umsetzungsteil 154 als auch der zweite fotoelektrische Umsetzungsteil 156 kann eine Fotodiode oder dergleichen sein. Sowohl der erste fotoelektrische Umsetzungsteil 154 als auch der zweite fotoelektrische Umsetzungsteil 156 sind z. B. eine symmetrische Fotodiode. In 5 ist angenommen, dass der erste fotoelektrische Umsetzungsteil 154 ein erstes Schwebungssignal erzeugt und dass der zweite fotoelektrische Umsetzungsteil 156 ein zweites Schwebungssignal erzeugt. Wie oben beschrieben wurde, führt der Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 durch Multiplexieren zweier Referenzlichtsignale bzw. zweier reflektierter Lichtsignale mit Phasen, die sich um 90 Grad unterscheiden, die Quadraturdetektionen aus und gibt er zwei Schwebungssignale an den Umsetzungsteil 160 aus.
Der Umsetzungsteil 160 führt an den zwei Schwebungssignalen eine Frequenzanalyse aus. Es wird hier ein Beispiel beschrieben, in dem der Umsetzungsteil 160 die Frequenzanalyse unter Verwendung des ersten Schwebungssignals als ein I-Signal und des zweiten Schwebungssignals als ein Q-Signal ausführt. Der Umsetzungsteil 160 enthält einen ersten Filterteil 162, einen zweiten Filterteil 164, einen ersten AD-Umsetzer 202, einen zweiten AD-Umsetzer 204, einen ersten Taktsignal-Zuführungsteil 210 und einen Frequenzanalyseteil 220.
Der erste Filterteil 162 und der zweite Filterteil 164 verringern Signalkomponenten in einem Frequenzband, das sich von einem Frequenzband, das ein Benutzer oder dergleichen analysieren möchte, unterscheidet. Das Frequenzband, das der Benutzer oder dergleichen analysieren möchte, ist hier von 0 bis v_c eingestellt. Der erste Filterteil 162 und der zweite Filterteil 164 sind z. B. Tiefpassfilter, die Signalkomponenten mit einer Frequenz gleich oder kleiner als v_c durchlassen. In diesem Fall führt der erste Filterteil 162 das erste Schwebungssignal, das durch Verringern der Signalkomponenten mit einer höheren Frequenz als der Frequenz v_c erhalten wird, dem ersten AD-Umsetzer 202 zu. Außerdem führt der zweite Filterteil 164 das durch Verringern der Signalkomponenten mit einer höheren Frequenz als der Frequenz v_c erhaltene zweite Schwebungssignal dem zweiten AD-Umsetzer 204 zu.
Der erste AD-Umsetzer 202 und der zweite AD-Umsetzer 204 setzen analoge Signale in digitale Signale um. Zum Beispiel setzt der erste AD-Umsetzer 202 das erste Schwebungssignal in ein digitales Signal um und setzt der zweite AD-Umsetzer 204 das zweite Schwebungssignal in ein digitales Signal um. Der erste Taktsignal-Zuführungsteil 210 führt dem ersten AD-Umsetzer 202 und dem zweiten AD-Umsetzer 204 erste Taktsignale zu. Dadurch setzen der erste AD-Umsetzer 202 und der zweite AD-Umsetzer 204 die analogen Signale näherungsweise mit derselben ersten Abtastrate wie einer Taktfrequenz des empfangenen ersten Taktsignals in die digitalen Signale um.
Wenn hier das Beobachtungsband von 0 bis vc ist, ist die Frequenz der Schwebungssignale höchstens die Hohlraumfrequenz vc des optischen Hohlraums. Somit führt der erste Taktsignal-Zuführungsteil 210 dem ersten AD-Umsetzer 202 und dem zweiten AD-Umsetzer 204 erste Taktsignale mit einer Frequenz größer oder gleich dem Doppelten der Hohlraumfrequenz vc des optischen Hohlraums zu, wodurch die Schwebungssignale beobachtet werden können.
Der Frequenzanalyseteil 220 setzt das erste Schwebungssignal und das zweite Schwebungssignal in Frequenzdaten um. Als ein Beispiel führt der Frequenzanalyseteil 220 an dem ersten Schwebungssignal und an dem zweiten Schwebungssignal eine digitale Fourier-Transformation (DFT) aus. Der Frequenzanalyseteil 220 addiert das in die Frequenzdaten umgesetzte erste Schwebungssignal als den Realteil und das in die Frequenzdaten umgesetzte zweite Schwebungssignal als den Imaginärteil und hebt das Bildsignal auf. Wie oben beschrieben wurde, setzt der Umsetzungsteil 160 die Schwebungssignale in die digitalen Signale mit der ersten Abtastrate um und führt dann die Frequenzanalyse an den digitalen Signalen durch. Es wird angemerkt, dass der Umsetzungsteil 160 einen Frequenzanalyseteil 220 unter Verwendung einer integrierten Schaltung oder dergleichen konfigurieren kann, nachdem die Schwebungssignale in die digitalen Signale umgesetzt worden sind. Im Folgenden werden die Quadraturdetektion in dem Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und die Frequenzanalyse in dem Umsetzungsteil 160 beschrieben.
6 zeigt ein Beispiel einer Übersicht der Quadraturdetektion durch den Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 und durch den Umsetzungsteil 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 6 gibt die horizontale Achse die Frequenz des Schwebungssignals an und gibt die vertikale Achse die Signalstärke an. 6 zeigt ein Frequenzspektrum des I-Signals oder des Q-Signals. Wie in dem oberen Teil von 6 gezeigt ist, weisen die Frequenzspektren sowohl des I- als auch des Q-Signals näherungsweise dieselbe Spektralform auf. Zum Beispiel werden in dem I-Signal und in dem Q-Signal in einem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und vc ein Schwebungssignal ν_B(m, d) und ein Bildsignal ν_B(m+1, d) beobachtet. In diesem Fall existieren in dem I- und in dem Q-Signal in einem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -vc auf der negativen Seite ein Schwebungssignal -v_B(m, d) und ein ursprüngliches Schwebungssignal -ν_B(m+1, d) des Bildsignals.
Da das I-Signal und das Q-Signal hier Signalkomponenten sind, die durch den Schwebungssignal-Erzeugungsteil 150 Quadratur-detektiert werden, enthalten sie unterschiedliche Phaseninformationen, selbst wenn die Spektralformen dieselben sind. Zum Beispiel sind in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und v_c auf der positiven Seite Phasen des Bildsignals ν_B(m+1, d) des I-Signals und des Bildsignals ν_B(m+1, d) des Q-Signals wechselweise invertiert. Ähnlich sind in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -vc auf der negativen Seite Phasen des Schwebungssignals -v_B(m, d) des I-Signals und des Schwebungssignals -v_B(m, d) des Q-Signals wechselweise invertiert.
Wie in dem unteren Teil von 6 gezeigt ist, verstärken sich somit die Schwebungssignale der Frequenz v_B(m, d) in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und vc gegenseitig und heben sich die Bildsignale der Frequenz ν_B(m+1, d) gegenseitig auf, wenn der Frequenzanalyseteil 220 unter Verwendung des I-Signals und des Q-Signals I + jQ berechnet. Ähnlich verstärken sich in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und -vc die Schwebungssignale mit der Frequenz -ν_B(m+1, d) gegenseitig und heben sich die Schwebungssignale mit der Frequenz -v_B(m, d) gegenseitig auf.
Gemäß dem Frequenzanalyseergebnis des Frequenzanalyseteils 220 wird in dem Frequenzband zwischen den Frequenzen 0 und v_c ein Schwebungssignal für die Frequenz v_B(m, d) beobachtet. Da die Messvorrichtung 100 das Bildsignal auf diese Weise aufheben kann, kann die Frequenz ν_B(m, d) des Schwebungssignals detektiert werden. Zum Beispiel gibt der Frequenzanalyseteil 220 als die Frequenz v_B(m, d) des Schwebungssignals eine Frequenz aus, bei der die Signalstärke des umgesetzten Frequenzsignals am höchsten ist.
Die durch die Messvorrichtung 100 gemessene Entfernung d wird hier durch Gleichung 6 ausgedrückt. Aus Gleichung 6 ist zu sehen, dass die Entfernung d unter Verwendung dreier Frequenzen vc, v_s und v_B(m, d) berechnet werden kann. Unter den drei Frequenzen kann v_B(m, d) wie oben beschrieben detektiert werden. Da vc und ν_s die auf der Grundlage von in der Laservorrichtung 110 verwendeten Komponenten bestimmten Frequenzen sind, sollten außerdem vc und ν_s im Idealfall feste Werte sein. Da ν_s der Betrag der Frequenzverschiebung durch den Frequenzschieber 112 ist, kann hier v_s unter Verwendung einer Einrichtung mit einem stabilen Verschiebungsvertrag als der Frequenzschieber 112 im Wesentlichen als der feste Wert angesehen werden.
Da vc einer optischen Länge des Hohlraums der Laservorrichtung 110 entspricht, kann sie sich andererseits wegen Umgebungsschwankungen wie etwa der Temperatur ändern. Falls die Laservorrichtung 110 z. B. der wie in 2 beschriebene Faserringlaser ist und der Hohlraum durch Lichtleitfasern gebildet ist, kann sich die Hohlraumlänge näherungsweise um 10 ppm ändern, wenn sich eine Umgebungstemperatur um ein Grad Celsius ändert. Es wird angemerkt, dass die Hohlraumlänge durch solche Umgebungsschwankungen selbst dann geändert werden kann, wen die Laservorrichtung 110 ein Festkörperlaser wie etwa ein Halbleiterlaser oder dergleichen ist. Somit extrahiert der Extraktionsteil 170 die der Hohlraumlänge entsprechende Hohlraumfrequenz, um eine derartige Änderung der Hohlraumlänge zu überwachen. Der Extraktionsteil 170 wird im Folgenden beschrieben.
7 zeigt ein Konfigurationsbeispiel des Extraktionsteils 170 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Extraktionsteil 170 enthält einen photoelektrischen Umsetzungsteil und extrahiert die Signalkomponente, die der Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht, aus elektrischen Signalen, die durch den photoelektrischen Umsetzungsteil umgesetzt wurden. Der Extraktionsteil 170 enthält einen dritten fotoelektrischen Umsetzungsteil 172, einen dritten Filterteil 174, einen dritten AD-Umsetzer 176 und einen Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178.
Der dritte fotoelektrische Umsetzungsteil 172 setzt das Überwachungslicht in ein elektrisches Signal um. Der dritte fotoelektrische Umsetzungsteil 172 kann eine Fotodiode oder dergleichen sein. Wie in 4 beschrieben ist, gibt die Laservorrichtung 110 den frequenzmodulierten Laserstrahl mit den mehreren in Frequenzintervallen angeordneten Längsmoden, die näherungsweise an die Hohlraumfrequenz vc eingepasst sind, aus. Somit wird ein elektrisches Signal ausgegeben, das die Hohlraumfrequenz vc enthält, wenn der dritte fotoelektrische Umsetzungsteil 172 an dem frequenzmodulierten Laserstrahl eine fotoelektrische Umsetzung ausführt.
Der dritte Filterteil 174 lässt innerhalb des durch den dritten fotoelektrischen Umsetzungsteil 172 umgesetzten elektrischen Signals eine Signalkomponente mit der Hohlraumfrequenz vc des optischen Hohlraums durch. Der dritte Filterteil 174 weist z. B. ein Hochpassfilter und/oder ein Tiefpassfilter und/oder ein Bandpassfilter und/oder ein Bandsperrfilter auf. 7 zeigt ein Beispiel, in dem der dritte Filterteil 174 das Bandpassfilter ist.
Der dritte AD-Umsetzer 176 setzt eingegebene analoge Signale in digitale Signale um. Der dritte AD-Umsetzer 176 setzt analoge Signale synchron zu einem Taktsignal mit einer Frequenz größer oder gleich dem Doppelten der Resonanzfrequenz v_c in digitale Signale um. Der dritte AD-Umsetzer 176 arbeitet z. B., wenn er das Taktsignal von dem ersten Taktsignal-Zuführungsteil 210 empfängt.
Der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178 führt die Frequenzanalyse an den Signalkomponenten, die durch den dritten Filterteil 174 verlaufen sind, durch. Der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178 setzt zunächst das von dem dritten AD-Umsetzer 176 ausgegebene digitale Signal in Frequenzdaten um. Als ein Beispiel führt der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178 an dem digitalen Signal eine digitale Fourier-Transformation (DFT) aus. Der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178 analysiert die Frequenzdaten hinsichtlich der Frequenz und gibt eine Hohlraumfrequenz v_c aus. Zum Beispiel gibt der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil 178 als die Hohlraumfrequenz vc eine Frequenz aus, bei der die Signalstärke der Frequenzdaten am größten ist.
Wie oben beschrieben wurde, extrahiert der in 7 gezeigte Extraktionsteil 170 aus dem Überwachungslicht die Signalkomponente der Hohlraumfrequenz v_c und gibt die Signalkomponente mit der Hohlraumfrequenz vc aus. Somit kann der Extraktionsteil 170 die Signalkomponente der Hohlraumfrequenz v_c, die der Änderung entspricht, selbst dann extrahieren und ausgeben, wenn sich die Hohlraumlänge der Laservorrichtung 110 wegen einer Schwankung der Umgebungstemperatur ändert. Da der Berechnungsteil 180 den festen Wert v_s, den auf die oben beschriebene Weise detektierten v_B(m, d) und die Hohlraumfrequenz v_c verwendet, ist es möglich, eine der Schwankung der Umgebungstemperatur entsprechende Entfernung d zu berechnen.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Messvorrichtung 100 die Verringerung der Messgenauigkeit selbst dann unterdrücken, wenn die Umgebungsschwankungen auftreten, da die Messvorrichtung 100 die Hohlraumfrequenz vc entsprechend den Umgebungsschwankungen überwacht und die Hohlraumfrequenz vc in der Berechnung der Entfernung d widerspiegelt. Alternativ oder zusätzlich kann die Laservorrichtung 110 in einer temperaturstabilisierten gesteuerten Kammer wie etwa einer Thermostatkammer angeordnet sein, um den Einfluss von Umgebungsschwankungen zu verringern und um die Verringerung der Messgenauigkeit der Messvorrichtung 100 zu unterdrücken.
Da die oben erwähnte Messvorrichtung 100 dazu neigt, eine große Vorrichtung zu sein, können allerdings Probleme wie etwa die Erhöhungen der Kosten, Probleme in Bezug auf die Schaltungseinstellung, auf die Einbaufläche und dergleichen auftreten. Ferner wird dann, wenn ein Beobachtungsergebnis der Änderung der Hohlraumlänge für die Entfernungsmessung verwendet wird, eine Beobachtungsschwankung der Hohlraumlänge einer Schwankung der Entfernungsmessung überlagert, was einen Anstieg der Schwankung der Entfernungsmessung bewirkt. Unter der Annahme, dass die Schwankung der Entfernungsmessung Δd ist, die Schwankung in einer Messung des Schwebungssignals Δ_VB ist und die Schwankung in einer Messung der Hohlraumfrequenz Δν_C ist, wird hier die Schwankung in der Entfernungsmessung Δd durch die folgende Gleichung ausgedrückt. ${(Δ d)}^{2} = {(\frac{\partial d}{\partial ν_{B}})}^{2} \cdot {(Δ ν_{B})}^{2} + {(\frac{\partial d}{\partial ν_{C}})}^{2} \cdot {(Δ ν_{C})}^{2}$
Wie in Gleichung 7 gezeigt ist, ist unter Verwendung des Messergebnisses der Hohlraumfrequenz zu verstehen, dass die Schwankung der Entfernungsmessung Δd um einen Ausdruck zunimmt, der die Messungsschwankung Δv_c der Hohlraumfrequenz enthält. Deshalb ermöglicht die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Messung einer Entfernung mit hoher Genauigkeit durch Verringern der Messungsschwankung Δv_c der Hohlraumfrequenz. Nachfolgend wird eine derartige Messvorrichtung beschrieben.
[Konfigurationsbeispiel einer Messvorrichtung 300]
8 zeigt ein Konfigurationsbeispiel einer Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem zu messenden Objekt 10. In der in 8 gezeigten Messvorrichtung 300 sind Operationen, die näherungsweise dieselben wie jene der Messvorrichtung 100 gemäß der in 1 gezeigten vorliegenden Ausführungsform sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und sind ihre Beschreibungen weggelassen. Die Messvorrichtung 300 enthält ferner ein digitales Filter 310 und einen zweiten Taktsignal-Zuführungsteil 320.
Das digitale Filter 310 filtert digital die durch den Extraktionsteil 170 extrahierten Signalkomponenten. Das digitale Filter 310 filtert die aus dem Überwachungslicht extrahierte Hohlraumfrequenz vc durch den Extraktionsteil 170 und verringert die Messungsschwankung Δv_c der Hohlraumfrequenz vc. Das digitale Filter 310 ist z. B. ein Kalman-Filter, ein Gauß-Filter, ein Gleitdurchschnittsfilter oder dergleichen. Außerdem kann das digitale Filter 310 ferner ein Ausdünnungsfilter, ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter und/oder ein Bandstoppfilter oder dergleichen enthalten.
Der zweite Taktsignal-Zuführungsteil 320 führt dem digitalen Filter 310 ein zweites Taktsignal zu. Der zweite Taktsignal-Zuführungsteil 320 kann das zweite Taktsignal auch dem Extraktionsteil 170 zuführen. Eine Taktfrequenz des zweiten Taktsignals ist z. B. eine Taktfrequenz, die im Wesentlichen die Gleiche wie die Taktfrequenz des ersten Taktsignals ist. Alternativ kann die Taktfrequenz des zweiten Taktsignals eine Frequenz sein, die niedriger als die Taktfrequenz des ersten Taktsignals ist.
Da eine Extraktion der Hohlraumfrequenz v_c, die durch den Extraktionsteil 170 durchgeführt wird, und ein Filterprozess, der durch das digitale Filter 310 durchgeführt wird, zum Messen der Schwankung der Hohlraumfrequenz vc, die durch die Umgebungstemperatur oder dergleichen bewirkt wird, dienen, kann die Taktfrequenz, die für diese Verarbeitungsoperationen verwendet wird, relativ niedrig sein. Zum Beispiel können das zweite Taktsignal, das durch den Extraktionsteil 170 verwendet wird, und das digitale Filter 310 eine Taktfrequenz aufweisen, die niedriger als die Taktfrequenz des ersten Taktsignals, das zum Messen des Schwebungssignals zum Messen der Differenz der Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht verwendet wird, ist.
Deshalb führt der zweite Taktsignal-Zuführungsteil 320 dem digitalen Filter 310 das zweite Taktsignal, das eine niedrigere Taktfrequenz als das erste Taktsignal besitzt, zu. Dadurch filtert das digitale Filter 310 digital die Signalkomponenten, die durch den Extraktionsteil 170 extrahiert werden, mit einer zweiten Abtastrate, die niedriger als die erste Abtastrate ist. Der dritte AD-Umsetzer 176 kann außerdem das zweite Taktsignal vom zweiten Taktsignal-Zuführungsteil 320 empfangen und analoge Signale, die mit der zweiten Abtastrate eingegeben werden, in digitale Signale umsetzen. Dies ermöglicht z. B., einen AD-Umsetzer als den dritten AD-Umsetzer 176 zu verwenden, der niedriger und kostengünstiger als der erste AD-Umsetzer 202 und der zweite AD-Umsetzer 204 ist.
9 zeigt ein Beispiel einer Hohlraumfrequenz ν_C, die durch den Extraktionsteil 170 ausgegeben wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die horizontale Achse von 9 gibt die Zeit an und die vertikale Achse gibt die Frequenz an. Die Hohlraumfrequenz vc, die durch den Extraktionsteil 170 ausgegeben wird, wird z. B. eine Signalwellenform, der (i) die Messungsschwankung Δν_C der Hohlraumfrequenz v_c und (ii) eine Schwankung, die niedriger als diese Messungsschwankung Δv_c ist, die durch die Umgebungstemperatur oder dergleichen verursacht wird, überlagert sind.
10 zeigt ein Beispiel der Hohlraumfrequenz vc, die durch das digitale Filter 310 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gefiltert und ausgegeben wird. In 10 gibt ähnlich zu 9 die horizontale Achse die Zeit an und gibt die vertikale Achse die Frequenz an. Wie in 10 gezeigt ist, gibt das digitale Filter 310 die Hohlraumfrequenz vc, die die verringerte Messungsschwankung Δv_c aufweist, der Signalwellenform überlagert aus. Ein derartiger Filterprozess des digitalen Filters 310 kann durch einen bekannten Algorithmus oder dergleichen realisiert werden, ohne eine spezielle Vorrichtung oder dergleichen bereitzustellen. Da der Betrieb des digitalen Filters 310 niedriger als der Betrieb des Umsetzungsteils 160 ist, ist es ferner möglich, ein derartiges digitales Filter mit einer einfachen Konfiguration, die niedrige Kosten aufweist und wenig Energie verbraucht, zu konfigurieren.
Der Berechnungsteil 180 berechnet auf der Grundlage des Ergebnisses der Frequenzanalyse des Schwebungssignals und der digital gefilterten Signalkomponenten die Differenz der Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht. Das der Berechnungsteil 180 den festen Wert v_s, v_B(m, d), die wie oben beschrieben detektiert wurde, und die Hohlraumfrequenz v_c verwendet, ist es möglich, die Entfernung d, die der Schwankung der Umgebungstemperatur entspricht, zu berechnen. Wie oben beschrieben wurde, kann, da die Messvorrichtung 300 die Hohlraumfrequenz vc verwendet, in der die Messungsschwankung Δv_c durch das digitale Filter 310 verringert wurde, die Entfernung d zu dem zu messenden Objekt 10 mit hoher Genauigkeit gemessen werden, während ein Kostenanstieg unterdrückt wird.
Wie in 10 gezeigt ist, kann der oben beschriebene Berechnungsteil 180 eine Wellenform erfassen, die eine zeitliche Schwankung der Hohlraumfrequenz vc mit der verringerten Messungsschwankung Δv_c vom digitalen Filter 310 zeigt. Deshalb kann der Berechnungsteil 180 auch ein Phänomen beobachten, wobei die Hohlraumfrequenz v_c aufgrund einer Aktivierung der Messvorrichtung 300, einer schnellen Änderung der Umgebungstemperatur, eines Momentanspannungsabfalls einer Stromversorgung, eines kurzzeitigen Versorgungsstopps der Stromversorgung (vorübergehendes Anhalten, kurze Unterbrechung) oder dergleichen wesentlich schwankt.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Berechnungsteil 180 die Entfernung d zu dem zu messenden Objekt 10 unter Berücksichtigung einer derartigen Schwankung der Hohlraumfrequenz vc berechnen, kann jedoch ein Durchführen einer genauen Messung unter Bedingungen, in denen die Umgebungsschwankungen schnell auftreten, vermeiden. Deshalb kann der Berechnungsteil 180 die Stabilität der Messung durch die Messvorrichtung 300 auf der Grundlage der Schwankung der Hohlraumfrequenz v_c bestimmen und gemäß einem Bestimmungsergebnis steuern, ob die Messung durchgeführt werden soll oder nicht. Nachfolgend wird die Messvorrichtung 300, die mit einem derartigen Berechnungsteil 180 versehen ist, beschrieben.
[Variantenbeispiel der Messvorrichtung 300]
11 zeigt ein Variantenbeispiel der Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam mit dem zu messenden Objekt 10. In der Messvorrichtung 300, die in 11 gezeigt ist, werden Operationen, die näherungsweise dieselben wie die der Messvorrichtung 300 gemäß der in 8 gezeigten vorliegenden Ausführungsform sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und sind ihre Beschreibungen weggelassen. In der Messvorrichtung 300 gemäß dem Variantenbeispiel enthält der Berechnungsteil 180 ferner einen Änderungsratenberechnungsteil 330, einen Bestimmungsteil 340 und einen Ausgabesteuerteil 350.
Der Änderungsratenberechnungsteil 330 berechnet eine Änderungsrate pro Zeiteinheit der digital gefilterten Signalkomponenten. Der Änderungsratenberechnungsteil 330 berechnet die Änderungsrate pro Zeiteinheit z. B. in Reaktion auf ein Erfassen von Signalwerten einer vorgegebenen Anzahl von Hohlraumfrequenzen vc vom digitalen Filter 310. Der Änderungsratenberechnungsteil 330 kann die Änderungsrate pro Zeiteinheit für jeden vorgegebenen Zeitraum berechnen.
Der Bestimmungsteil 340 bestimmt die Stabilität der Messung durch die Messvorrichtung 300 auf der Grundlage der Änderungsrate pro Zeiteinheit. Der Bestimmungsteil 340 speichert im Voraus z. B. einen Bereich der Änderungsrate, in dem das Messergebnis der Messvorrichtung 300 stabil ist. Dann bestimmt der Bestimmungsteil 340 in Reaktion darauf, dass ein Berechnungsergebnis der Änderungsrate des Änderungsratenberechnungsteils 330 im gespeicherten Bereich der Änderungsrate liegt, dass die Messvorrichtung 300 eine Messung stabil durchführen kann. In diesem Fall bestimmt der Bestimmungsteil 340, dass die Messvorrichtung 300 stabil ist, wenn der berechnete Wert der Änderungsrate gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist und gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
Der Ausgabesteuerteil 350 führt dem Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis der Entfernung d auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses der Messvorrichtung 300 zu. Der Ausgabesteuerteil 350 führt dem Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis der Entfernung d z. B. dann zu, wenn die Messvorrichtung 300 die Messung stabil durchführen kann. Außerdem muss der Ausgabesteuerteil 350 dem Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis der Entfernung d nicht zuführen, wenn die Messvorrichtung 300 die Messung nicht stabil durchführen kann. Auf diese Weise kann der Anzeigeteil 190 lediglich ein Ergebnis der Messvorrichtung 300 ausgeben, die die Entfernung d stabil misst. Dies ermöglicht dem Anwender oder dergleichen der Messvorrichtung 300, lediglich das Messergebnis zu verwenden, das durch die Messvorrichtung 300 in einer stabilen Betriebsumgebung der Messvorrichtung 300 gemessen wurde.
Wenn die Messvorrichtung 300 die Messung nicht stabil durchführen kann, führt der Ausgabesteuerteil 350 alternativ dem Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis der Entfernung d zu und informiert den Anzeigeteil 190, dass die Messumgebung instabil war. In diesem Fall zeigt der Anzeigeteil 190 das Berechnungsergebnis der Entfernung d z. B. gemeinsam mit „Referenzwert“, „Messumgebung ist fluktuierend“ und dergleichen an. Dies ermöglicht dem Anwender oder dergleichen der Messvorrichtung 300, einfach zu verstehen, ob die Messvorrichtung 300 die Messung in einer stabilen Umgebung durchgeführt hat oder nicht, und das Messergebnis wirksam verwenden zu können.
Obwohl die Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den zweiten Taktsignal-Zuführungsteil 320 enthält und dem digitalen Filter 310 das zweite Taktsignal zuführt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der erste Taktsignal-Zuführungsteil 210 dem digitalen Filter 310 das erste Taktsignal zuführen. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass das digitale Filter 310 eine Umsetzschaltung, ein Filter usw. aufweist und eine Filterung unter Verwendung eines Taktsignals, das durch Umsetzen des ersten Taktsignals zu einer niedrigeren Frequenz erhalten wurde, durchführt. Ferner kann der erste Taktsignal-Zuführungsteil 210 dem Extraktionsteil 170 das erste Taktsignal zuführen und in diesem Fall muss der zweite Taktsignal-Zuführungsteil 320 nicht vorgesehen sein.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens ein Teil des Umsetzungsteils 160, des Extraktionsteils 170 und des Berechnungsteils 180, die in der Messvorrichtung 100 und in der Messvorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind, aus einer integrierten Schaltung oder dergleichen gebildet ist. Wenigstens ein Teil des Umsetzungsteils 160, des Extraktionsteils 170 und des Berechnungsteils 180 enthält z. B. eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA), einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder eine Zentraleinheit (CPU).
Wenn wenigstens ein Teil des Umsetzungsteils 160, des Extraktionsteils 170 und des Berechnungsteils 180 durch einen Computer oder dergleichen konfiguriert ist, enthält dieser Teil eine Speichereinheit und eine Steuereinheit. Die Speichereinheit enthält z. B. einen Nur-Lese-Speicher (ROM), der ein Basis-Eingabe-/Ausgabe-System (BIOS) oder dergleichen eines Computers oder dergleichen, der den Umsetzungsteil 160, den Extraktionsteil 170 und den Berechnungsteil 180 verwirklicht, speichert, und einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), der als ein Arbeitsbereich dient. Außerdem kann die Speichereinheit ein Betriebssystem (OS), Programme, Anwendungen und/oder verschiedene Informationen speichern. Die Speichereinheit kann eine Vorrichtung mit hoher Speicherkapazität wie etwa ein Festplattenlaufwerk (HDD) und/oder ein Festkörperlaufwerk (SSD) enthalten.
Die Zentraleinheit ist ein Prozessor wie etwa eine CPU und fungiert durch Ausführen in der Speichereinheit gespeicherter Programme wenigstens als ein Teil des Umsetzungsteils 160, des Extraktionsteils 170 und des Berechnungsteils 180. Die Steuereinheit kann eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen enthalten.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage beispielhafter Ausführungsformen erläutert worden. Der technische Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den in den obigen Ausführungsformen erläuterten Schutzumfang beschränkt und es ist möglich, in dem Schutzumfang der Erfindung verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorzunehmen. Zum Beispiel kann die gesamte Vorrichtung oder ein Teil davon mit irgendeiner Einheit konfiguriert sein, die funktional oder physisch verteilt oder integriert ist. Ferner sind in den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung neue beispielhafte Ausführungsformen, die durch beliebige Kombinationen von ihnen erzeugt werden, enthalten. Ferner weisen Wirkungen der neuen Ausführungsform, die durch die Kombinationen hervorgebracht wird, ebenfalls die Wirkung der ursprünglichen beispielhaften Ausführungsform zusammen auf.
Bezugszeichenliste

10: zu messendes Objekt
100: Messvorrichtung
110: Laservorrichtung
112: Frequenzschieber
114: Verstärkungsmedium
116: WDM-Koppler
117: Pumplichtquelle
118: Ausgangskoppler
120: Verzweigungsteil
130: optischer Zirkulator
140: optischer Kopfteil
150: Schwebungssignal-Erzeugungsteil
152: optischer 90-Grad-Hybrid
154: erster fotoelektrischer Umsetzungsteil
156: zweiter fotoelektrischer Umsetzungsteil
160: Umsetzungsteil
162: erster Filterteil
164: zweiter Filterteil
170: Extraktionsteil
172: dritter fotoelektrischer Umsetzungsteil
174: dritter Filterteil
176: dritter AD-Umsetzer
178: Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil
180: Berechnungsteil
190: Anzeigeteil
202: erster AD-Umsetzer
204: zweiter AD-Umsetzer
210: erster Taktsignal-Zuführungsteil
220: Frequenzanalyseteil
300: Messvorrichtung
310: digitales Filter
320: zweiter Taktsignal-Zuführungsteil
330: Änderungsratenberechnungsteil
340: Bestimmungsteil
350: Ausgabesteuerteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3583906 [0002]

Claims

Messvorrichtung (300) zum Messen einer Entfernung zu einem zu messenden Objekt (10), wobei die Messvorrichtung Folgendes umfasst: eine Laservorrichtung (110), die einen optischen Hohlraum aufweist und einen frequenzmodulierten Laserstrahl mit mehreren Moden ausgibt; einen Verzweigungsteil (120), der einen Teil des frequenzmodulierten Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung (110) als Referenzlicht ausgegeben wird, und wenigstens etwas des verbleibenden Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als ein Messlicht verzweigt; einen Schwebungssignal-Erzeugungsteil (150), der durch Mischen des Referenzlichts und von reflektiertem Licht, das durch Einstrahlen des Messlichts auf das zu messende Objekt (10) reflektiert wird, ein Schwebungssignal erzeugt; einen Umsetzungsteil (160), der das Schwebungssignal in ein digitales Signal mit einer ersten Abtastrate umsetzt und dann eine Frequenzanalyse am digitalen Signal durchführt; einen Extraktionsteil (170), der eine Signalkomponente extrahiert, die einer Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht und dem von der Laservorrichtung (110) ausgegebenen frequenzmodulierten Laserstrahl überlagert wird; ein digitales Filter (310), das die extrahierte Signalkomponente mit einer zweiten Abtastrate digital filtert; und einen Berechnungsteil (180), der auf der Grundlage eines Ergebnisses der Frequenzanalyse des Schwebungssignals und der digital gefilterten Signalkomponente eine Differenz einer Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht berechnet.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 1, wobei das digitale Filter (310) die extrahierte Signalkomponente mit der zweiten Abtastrate, die niedriger als die erste Abtastrate ist, digital filtert.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verzweigungsteil (120) den frequenzmodulierten Laserstrahl in das Referenzlicht, in das Messlicht und in Überwachungslicht verzweigt, und der Extraktionsteil (170) einen fotoelektrischen Umsetzungsteil (172) enthält, der das Überwachungslicht in ein elektrisches Signal umsetzt und die Signalkomponente, die der Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht, aus dem durch den fotoelektrischen Umsetzungsteil (172) umgesetzten elektrischen Signal extrahiert.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 3, wobei der Extraktionsteil (170) ferner Folgendes enthält: einen Filterteil (174), der die Signalkomponente mit einer Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums aus dem durch den fotoelektrischen Umsetzungsteil (172) umgesetzten elektrischen Signal durchlässt; und einen Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil (178), der die Frequenzanalyse an der Signalkomponente, die durch den Filterteil (174) verlaufen ist, durchführt und die Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums ausgibt.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 4, wobei der Extraktionsteil (170) ferner einen AD-Umsetzer (176) enthält, der die Signalkomponente, die durch den Filterteil (174) verlaufen ist, in ein digitales Signal mit der zweiten Abtastrate umsetzt, und der Hohlraumfrequenz-Ausgabeteil (178) das digitale Signal, das vom AD-Umsetzer (176) ausgegeben wurde, in Frequenzdaten umsetzt und die Frequenzdaten hinsichtlich der Frequenz analysiert.
Messvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Berechnungsteil (180) ferner Folgendes enthält: einen Änderungsratenberechnungsteil (330), der eine Änderungsrate pro Zeiteinheit der digital gefilterten Signalkomponente berechnet; und einen Bestimmungsteil (340), der eine Stabilität einer Messung durch die Messvorrichtung (300) auf der Grundlage der Änderungsrate pro Zeiteinheit bestimmt.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 6, wobei der Bestimmungsteil (340) bestimmt, dass die Messvorrichtung (300) stabil ist, wenn ein berechneter Wert der Änderungsrate gleich oder größer als ein erster Schwellenwert ist und gleich oder kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.
Messvorrichtung (300) nach Anspruch 7, wobei der Berechnungsteil (180) ferner einen Anzeigeteil (190) enthält, der ein Berechnungsergebnis des Berechnungsteils (180) anzeigt und dem Anzeigeteil (190) das Berechnungsergebnis auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses des Bestimmungsteils (340) zuführt.
Messverfahren zum Messen einer Entfernung zu einem zu messenden Objekt (10), wobei das Messverfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausgeben eines frequenzmodulierten Laserstrahls mit mehreren Moden von einer Laservorrichtung (110) mit einem optischen Hohlraum; Verzweigen eines Teils des frequenzmodulierten Laserstrahls als Referenzlicht und wenigstens etwas des verbleibenden Teils des frequenzmodulierten Laserlichts als Messlicht; Erzeugen eines Schwebungssignals durch Mischen des Referenzlichts und von reflektiertem Licht, das durch Einstrahlen des Messlichts auf das zu messende Objekt (10) reflektiert wird; Umsetzen des Schwebungssignals in ein digitales Signal mit einer ersten Abtastrate und dann Durchführen einer Frequenzanalyse am digitalen Signal; Extrahieren einer Signalkomponente, die einer Hohlraumfrequenz des optischen Hohlraums entspricht und dem frequenzmodulierten Laserstrahl überlagert wird; digitales Filtern der Signalkomponente mit einer zweiten Abtastrate; und Berechnen einer Differenz einer Ausbreitungsentfernung zwischen dem Referenzlicht und dem Messlicht auf der Grundlage eines Ergebnisses der Frequenzanalyse des Schwebungssignals und der digital gefilterten Signalkomponente.
Messverfahren nach Anspruch 9, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Berechnen einer Änderungsrate pro Zeiteinheit der digital gefilterten Signalkomponente und Bestimmen einer Stabilität einer Messung auf der Grundlage der Änderungsrate pro Zeiteinheit.