DE112018007502B4

DE112018007502B4 - Optische entfernungsmessvorrichtung und verarbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018007502B4
Application number: DE112018007502.8T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Onohara; Hiroki Goto; Naoki Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: JP6765579B2; WO2019224982A1; JPWO2019224982A1; TWI785103B; US20210010802A1; CN112204428A; DE112018007502T5; CN112204428B; TW202004218A; US11346651B2

Abstract

Optische Entfernungsmessvorrichtung (3), umfassend:eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) zum wiederholten Ausgeben von einem ersten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, und einem zweiten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert;eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit (20) zum Ausgeben von frequenzgewobbeltem Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) ausgegeben wird, als Bezugslicht, und zum Bestrahlen eines Messungsziels (1) mit dem frequenzgewobbelten Licht, um frequenzgewobbeltes Licht, das von dem Messungsziel (1) reflektiert wird, als reflektiertes Licht zu empfangen;eine optische Interferenzeinheit (31) zum Bewirken, dass das reflektierte Licht und das Bezugslicht interferieren, und zum Ausgeben von Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht; undeine Entfernungsberechnungseinheit (34) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem reflektierten Licht und einer Frequenz des Bezugslichts auf Basis des Interferenzlichts, das von der optischen Interferenzeinheit (31) ausgegeben wird, und zum Berechnen einer Entfernung zu dem Messungsziel (1) aus der Differenz, wobeidie Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) das zweite frequenzgewobbelte Licht während einer Zeitspanne ausgibt, in der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts von einer höchsten Frequenz zu einer niedrigsten Frequenz zurückkehrt, nachdem ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem ersten frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln des ersten frequenzgewobbelten Lichts wieder möglich wird, wobei das zweite frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene erste frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Entfernungsmessvorrichtung, die eine Entfernung zu einem Messungsziel berechnet, und eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit der optischen Entfernungsmessvorrichtung versehen ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren zum Messen einer Entfernung zu einem Messungsziel unter Verwendung von Licht ist eine Frequenzabtastungs-Interferometrie.
Eine optische Entfernungsmessvorrichtung, welche die Frequenzabtastungs-Interferometrie verwendet, bestrahlt das Messungsziel mit einem frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, und empfängt das frequenzgewobbelte Licht, das von dem Messungsziel reflektiert wird, als reflektiertes Licht.
Die optische Entfernungsmessvorrichtung verwendet als Bezugslicht einen Teil des frequenzgewobbelten Lichts, der erhalten wird, bevor das Messungsziel damit bestrahlt wird, und misst eine Entfernung zu dem Messungsziel auf Basis eines Interferenzlichts zwischen dem Bezugslicht und dem reflektierten Licht.
Die folgende Patentliteraturstelle 1 offenbart eine Quelle für ein frequenzgewobbeltes Signal, die ein elektrisches Frequenzsignal erzeugt, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf in einer Dreiecks- oder Sägezahn-Wellenform ändert.
Ein elektrisches Frequenzsignal mit einer Sägezahnwellenform ist ein Signal, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf von der niedrigsten Frequenz f_min zur höchsten Frequenz f_max ändert.
Wenn eine Frequenz des elektrischen Frequenzsignals, das eine Sägezahnwellenform aufweist, die höchste Frequenz f_max erreicht, kehrt die Frequenz vorübergehend zu der niedrigsten Frequenz f_min zurück und ändert sich dann erneut von der niedrigsten Frequenz f_min in die höchste Frequenz f_max.
In Patentliteraturstelle 2 ist eine Lidar-Vorrichtung beschrieben, die mehrere Laser-Lichtquellen unterschiedlicher Frequenzen verwendet um auf mehreren Sichtlinien geleichzeitig ohne Rasterung Messungen durchzuführen.
In Patentliteraturstelle 3 ist ebenfalls eine Lidar-Vorrichtung zur Verwendung in Fahrzeugen beschrieben, die eine Lichterzeugungseinheit und eine Einheit zur Steuerung des Strahls in zwei Richtungen umfasst.
In Patentliteraturstelle 4 ist ein Lidar-System beschrieben, in dem die Anforderungen bezüglich der Komponentenstabilität, insbesondere der Laserlichtquelle, auf Grund einer Verzögerungsleitung zur Korrektur von Phasenfehlern reduziert sind.
Patentliteraturstelle 5 offenbart einen präzise einstellbaren Breitband-Laser zur Verwendung in einem Lidar-System.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2017-191815 A
Patentdokument 2: EP 3 081 956 A1
Patentdokument 3: US 2018 / 0 024 246 A1
Patentdokument 4: EP 1 889 091 B1
Patentdokument 5: US 2012 / 0 106 579 A1

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Falls die optische Entfernungsmessvorrichtung, welche die Frequenzabtastungs-Interferometrie verwendet, die in der Patentliteraturstelle 1 offenbarte frequenzgewobbelte Signalquelle verwenden kann, ist eine Laserlichtquelle in der Lage, wiederholt frequenzgewobbeltes Licht auf der Basis einer Spannung oder eines Stroms eines elektrischen Signals, das von der frequenzgewobbelten Signalquelle erzeugt wird, zu emittieren.
Jedoch kann in einem solchen Fall, wo sich eine Spannung oder ein Strom eines elektrischen Signals, das von der frequenzgewobbelten Signalquelle erzeugt wird, scharf von einem höchsten Wert in einen niedrigsten Wert ändert, das frequenzgewobbelte Licht, das von der Laserlichtquelle ausgegeben wird, der Reaktionsgeschwindigkeit des elektrischen Signals nicht folgen. Daher kann in einem Fall, wo ein elektrisches Signal auf solche Weise ausgegeben wird, dass ein elektrisches Signal, das von der frequenzgewobbelten Signalquelle erzeugt wird, zu der niedrigsten Frequenz f_min von frequenzgewobbeltem Licht zurückkehrt und sich dann das frequenzgewobbelte Licht sofort ändert, ein Frequenzwobbeln von frequenzgewobbeltem Licht neu gestartet werden, bevor eine oszillierende Frequenz zur niedrigsten Frequenz f_min zurückgekehrt ist.
Um ein Frequenzwobbeln von frequenzgewobbeltem Licht so zu konfigurieren, dass es neu gestartet wird, nachdem die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts vollständig zur niedrigsten Frequenz f_min zurückgekehrt ist, muss die frequenzgewobbelte Signalquelle ein elektrisches Signal auf solche Weise ausgeben, dass sich nach der Rückkehr der Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts zur niedrigsten Frequenz f_min die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts erst ändert, nachdem eine festgelegte Zeitspanne vergangen ist.
Die Laserlichtquelle gibt ein frequenzgewobbeltes Licht aus, bei dem eine Änderung der Wobbelfrequenz im Zeitverlauf direkt proportional ist zu einer Spannungs- oder Stromänderung des elektrischen Signals, und daher gibt es auch in Bezug auf das frequenzgewobbelte Licht einen Fall, wo nach der Rückkehr der Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts zur niedrigsten Frequenz f_min eine festgelegte Zeitspanne benötigt wird, bevor ein Frequenzwobbeln neu gestartet wird.
Die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts ändert sich während einer Zeitspanne nach der Rückkehr der Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts zur niedrigsten Frequenz f_min und vor dem erneuten Starten des Frequenzwobbelns nicht, und daher entsteht das Problem, dass die optische Entfernungsmessvorrichtung nicht in der Lage ist, eine Entfernung zu einem Messungsziel zu messen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer optischen Entfernungsmessvorrichtung, die in der Lage ist, eine Zeitspanne zu eliminieren, während der eine Entfernung zu einem Messungsziel nicht gemessen werden kann, und einer Verarbeitungsvorrichtung.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit, die wiederholt ein erstes frequenzgewobbeltes Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, und ein zweites frequenzgewobbeltes Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, ausgibt; eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit, die ein frequenzgewobbeltes Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit ausgegeben wird, als Bezugslicht ausgibt und die ein Messungsziel mit dem frequenzgewobbelten Licht bestrahlt, um ein frequenzgewobbeltes Licht, das von dem Messungsziel reflektiert wird, als reflektiertes Licht zu empfangen; eine optische Interferenzeinheit, die bewirkt, dass das reflektierte Licht und das Bezugslicht einander beeinflussen, und die Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht ausgibt; und eine Entfernungsberechnungseinheit, die eine Differenz zwischen einer Frequenz des reflektierten Lichtes und einer Frequenz des Bezugslichts auf Basis des Interferenzlichts, das von der optischen Interferenzeinheit ausgegeben wird, berechnet und die aus der Differenz eine Entfernung zu dem Messungsziel berechnet, wobei die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit das zweite frequenzgewobbelte Licht während einer Zeitspanne ausgibt, in der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts von einer höchsten Frequenz zu einer niedrigsten Frequenz zurückkehrt, nachdem das Frequenzwobbeln von ausgegebenem ersten frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln des ersten frequenzgewobbelten Lichts wieder möglich wird, wobei das zweite frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz unterzogen wird als das ausgegebene erste frequenzgewobbelte Licht.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die optische Entfernungsmessvorrichtung auf solche Weise konfiguriert, dass die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit frequenzgewobbeltes Licht während einer Zeitspanne ab dann, wenn ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln möglich wird, ausgibt, wobei das frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird. Daher ist die optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, eine Zeitspanne zu eliminieren, während der eine Entfernung zu einem Messungsziel nicht gemessen werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Entfernungsberechnungseinheit 34 der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das Hardware der Entfernungsberechnungseinheit 34 darstellt.
5 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm eines Computers, der in einem Fall verwendet wird, wo die Entfernungsberechnungseinheit 34 von Software, Firmware oder dergleichen implementiert wird.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches das Innere einer optischen Interferenzeinheit 31 und das Innere eines O/E-Wandlers 32 darstellt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Entfernungsmessungsverarbeitung darstellt, die durch die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 durchgeführt wird.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Wellenform eines Sägezahnwellensignals darstellt.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das Bezugslicht als erstes frequenzgewobbeltes Licht, das von einer ersten Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, und reflektiertes Licht, Bezugslicht als zweites frequenzgewobbeltes Licht, das von einer zweiten Laserlichtquelle 14 ausgegeben wird, und reflektiertes Licht darstellt.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts, das von der ersten Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, und einen Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der zweiten Laserlichtquelle 14 ausgegeben wird, darstellt.
11 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um die vorliegende Erfindung näher zu beschreiben, werden nachfolgend Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Verarbeitungsvorrichtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
In 1, ein Messungsziel 1 entspricht einem Substrat oder dergleichen, das von der Verarbeitungsvorrichtung 2 verarbeitet werden soll.
Das Messungsziel 1 ist ein Objekt, zu dem eine Entfernung von einer optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 gemessen werden soll, und ist ein Objekt, das von einer Verarbeitungseinheit 4 verarbeitet werden soll.
Die Verarbeitungsvorrichtung 2 ist mit der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 und der Verarbeitungseinheit 4 ausgestattet.
Die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 ist eine Vorrichtung, die eine Entfernung zu dem Messungsziel 1 misst und die gemessene Entfernung an die Verarbeitungseinheit 4 ausgibt.
Die Verarbeitungseinheit 4 verarbeitet das Messungsziel 1 auf der Basis der Entfernung, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 ausgegeben wird.
Ein mögliches Verarbeitungsbeispiel der Verarbeitungseinheit 4 schließt eine Verarbeitung zum Polieren des Messungsziels 1 oder eine Verarbeitung zum Beschneiden des Messungsziels 1 auf solche Weise ein, dass die Entfernung, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 ausgegeben wird, mit einem vorgesehenen Wert übereinstimmt.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
In 2 ist eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 mit einer Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal, einer Verzögerungseinheit 12, einer ersten Laserlichtquelle 13, einer zweiten Laserlichtquelle 14 und einem Selektor 15 ausgestattet.
Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 gibt wiederholt frequenzgewobbeltes Licht an eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus, wobei sich die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts im Zeitverlauf ändert.
Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 gibt frequenzgewobbeltes Licht während einer Zeitspanne ab dann, wenn ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln möglich wird, an die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus, wobei das frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird.
Die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal gibt ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal an die Verzögerungseinheit 12 und die erste Laserlichtquelle 13 aus, wobei das elektrische frequenzgewobbelte Signal bewirkt, dass sich eine Frequenz der ersten Laserlichtquelle 13 und eine Frequenz der zweiten Laserlichtquelle 14 im Zeitverlauf ändern.
Man kann in Betracht ziehen, dass das von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ausgegebene elektrische frequenzgewobbelte Signal nicht nur ein Sägezahnwellensignal, sondern auch ein Dreieckswellensignal einschließt. Was die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 der ersten Ausrichtung betrifft, so wird angenommen, dass die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ein Sägezahn-Wellensignal als elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ausgibt.
Das Sägezahn-Wellensignal ist ein Signal, in dem sich eine Spannung oder ein Strom auf solche Weise ändert, dass sich die Frequenz der ersten Laserlichtquelle 13 und die Frequenz der zweiten Laserlichtquelle 14 im Zeitverlauf von der niedrigsten Frequenz f_min zur höchsten Frequenz f_max ändern.
Wenn eine Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts die höchste Frequenz f_max erreicht, kehrt die Frequenz vorübergehend zu der niedrigsten Frequenz f_min zurück und ändert sich dann erneut von der niedrigsten Frequenz f_min in die höchste Frequenz f_max.
Außerdem gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ein erstes Selektorschaltsignal, das angibt, dass das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, oder ein zweites Selektorschaltsignal, das angibt, dass das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor 15 aus.
Die Verzögerungseinheit 12 verzögert das Sägezahn-Wellensignal, das von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ausgegeben wird, und gibt dann das verzögerte Sägezahn-Wellensignal an die zweite Laserlichtquelle 14 und die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal aus.
Die erste Laserlichtquelle 13 ist über eine optische Faser mit dem Selektor 15 verbunden.
Die erste Laserlichtquelle 13 gibt wiederholt das erste frequenzgewobbelte Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, auf Basis des Sägezahn-Wellensignals, das von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ausgegeben wird, an den Selektor 15 aus.
Die zweite Laserlichtquelle 14 ist über eine optische Faser mit dem Selektor 15 verbunden.
Die zweite Laserlichtquelle 14 gibt wiederholt das zweite frequenzgewobbelte Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, auf Basis des Sägezahn-Wellensignals, das von der Verzögerungseinheit 12 ausgegeben wird, an den Selektor 15 aus.
Der Selektor 15 ist über eine optische Faser mit einem optischen Koppler 21 der Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 verbunden.
Wenn der Selektor 15 das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 15 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das erste frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das erste frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Wenn der Selektor 15 das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 15 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das zweite frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das zweite frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 ist mit dem optischen Koppler 21, einem Zirkulator 22 und einer Kollimatorlinse 23 ausgestattet.
Die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 gibt das frequenzgewobbelte Licht (das erste frequenzgewobbelte Licht oder das zweite frequenzgewobbelte Licht), das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben worden ist, an eine Signal-Verarbeitungseinheit 30 als Bezugslicht aus.
Außerdem bestrahlt die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 das Messungsziel 1 mit dem frequenzgewobbelten Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben wird, als Bestrahlungslicht und empfängt das Bestrahlungslicht, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, als reflektiertes Licht.
Der optischen Koppler 21 ist über eine optische Faser mit dem Zirkulator 22 verbunden und ist über eine optische Faser mit der optischen Interferenzeinheit 31 der Signal-Verarbeitungseinheit 30 verbunden.
Der optische Koppler 21 bewirkt, dass sich das frequenzgewobbelte Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben wird, in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt, und gibt ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel nach der Verzweigung an den Zirkulator 22 aus und gibt das andere frequenzgewobbelte Lichtbündel nach der Verzweigung als Bezugslicht an die optische Interferenzeinheit 31 aus.
Der Zirkulator 22 ist über eine optische Faser mit der Kollimatorlinse 23 verbunden und ist über eine optische Faser mit der optischen Interferenzeinheit 31 verbunden.
Der Zirkulator 22 gibt das frequenzgewobbelte Licht, das von dem optischen Koppler 21 ausgegeben wird, an die Kollimatorlinse 23 aus und gibt das reflektierte Licht, das von der Kollimatorlinse 23 ausgegeben wird, an die optische Interferenzeinheit 31 aus.
Die Kollimatorlinse 23 passt einen Bündeldurchmesser von frequenzgewobbeltem Licht auf solche Weise an, dass das frequenzgewobbelte Licht, das von dem Zirkulator 22 ausgegeben wird, paralleles Licht wird. Das frequenzgewobbelte Licht, dessen Bündeldurchmesser von der Kollimatorlinse 23 angepasst worden ist, wird in Richtung auf das Messungsziel 1 als Bestrahlungslicht in den Raum emittiert.
Die Kollimatorlinse 23 konzentriert das Bestrahlungslicht, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, als reflektiertes Licht und gibt das reflektierte Licht an den Zirkulator 22 aus.
Die Signal-Verarbeitungseinheit 30 ist mit der optischen Interferenzeinheit 31, einem opto-elektrischen Wandler (im Folgenden als „O/E-Wandler“ bezeichnet) 32, einem Analog-Digital-Wandler (im Folgenden als „A/D-Wandler“ bezeichnet) 33 und einer Entfernungsberechnungseinheit 34 ausgestattet.
Die optische Interferenzeinheit 31 ist über eine optische Faser mit dem O/E-Wandler 32 verbunden.
Die optische Interferenzeinheit 31 bewirkt, dass das reflektierte Licht, das vom Zirkulator 22 ausgegeben wird, das Bezugslicht beeinflusst, das von dem optischen Koppler 21 ausgegeben wird, und gibt Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht an den O/E-Wandler 32 aus.
Der O/E-Wandler 32 wandelt das Interferenzlicht, das von der optischen Interferenzeinheit 31 ausgegeben wird, in ein elektrisches Signal (im Folgenden als „Interferenzsignal“ bezeichnet) um und gibt das Interferenzsignal an den A/D-Wandler 33 aus.
Der A/D-Wandler 33 unterwirft das Interferenzsignal, das vom O/E-Wandler 32 ausgegeben wird, einer Umwandlung von einem analogen Signal in ein digitales Signal und gibt das digitale Signal an die Entfernungsberechnungseinheit 34 aus.
Wie in 3 gezeigt, ist die Entfernungsberechnungseinheit 34 mit einem Fourier-Wandler 35 und einer Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 ausgestattet.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Entfernungsberechnungseinheit 34 der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm, das Hardware der Entfernungsberechnungseinheit 34 darstellt.
In 3 wird der Fourier-Wandler 35 durch eine Fourier-Umwandlungsschaltung 41 implementiert, die in 4 gezeigt ist.
Der Fourier-Wandler 35 führt eine Verarbeitung durch in Form von: einer Berechnung eines Frequenzspektrums von Interferenzlicht durch Anwenden einer Fourier-Transformation auf das digitale Signal, das vom A/D-Wandler 33 ausgegeben wird; und gibt das Frequenzspektrum an die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 aus.
Die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 wird von einer in 4 gezeigten Entfernungsberechnungs-Verarbeitungsschaltung 42 implementiert.
Die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 führt eine Verarbeitung zur Berechnung einer Differenz zwischen einer Frequenz, die auf eine Frequenzkomponente des reflektierten Lichtes bezogen ist, und einer Frequenz, die auf eine Frequenzkomponente des Bezugslichts bezogen ist, auf Basis des Frequenzspektrums aus, das vom Fourier-Wandler 35 ausgegeben wird.
Außerdem führt die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 eine Verarbeitung zur Berechnung einer Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 zum Messungsziel 1 aus der berechneten Differenz durch.
3 geht davon aus, dass sowohl der Fourier-Wandler 35 als auch die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36, die Komponenten der Entfernungsberechnungseinheit 34 sind, durch zweckgebundene Hardware, wie etwa die in 4 gezeigte, implementiert wird. Anders ausgedrückt wird angenommen, dass die Entfernungsberechnungseinheit 34 von der Fourier-Umwandlungsschaltung 41 und der Entfernungsberechnungs-Verarbeitungsschaltung 42 implementiert wird.
Zum Beispiel sind eine einzelne Schaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel-programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine im Feld programmierbare Gatteranordnung (FPGA) oder eine Kombination dieser Komponenten auf sowohl die Fourier-Umwandlungsschaltung 41 als auch die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungsschaltung 42 anwendbar.
Die Komponenten der Entfernungsberechnungseinheit 34 sind nicht auf solche beschränkt, die von zweckgebundener Hardware implementiert wird. Die Entfernungsberechnungseinheit 34 kann durch Software, Firmware oder eine Kombination von Software und Firmware implementiert werden.
Software oder Firmware wird in einem Arbeitsspeicher eines Computers als Programm gespeichert. Computer bedeutet Hardware, die ein Programm ausführt. Zum Beispiel sind eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), ein zentrales Verarbeitungselement, ein Verarbeitungselement, ein Rechenelement, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein Prozessor oder ein Digitalsignalprozessor (DSP) für den Computer geeignet.
5 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm eines Computers, der in einem Fall verwendet wird, wo die Entfernungsberechnungseinheit 34 von Software, Firmware oder dergleichen implementiert wird.
In einem Fall, wo die Entfernungsberechnungseinheit 34 durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert wird, wird ein Programm, das bewirkt, dass der Computer Verarbeitungsschritte des Fourier-Wandlers 35 und der Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 ausführt, in einem Speicher 51 gespeichert. Anschließend führt ein Prozessor 52 des Computers das im Speicher 51 gespeicherte Programm aus.
Außerdem zeigt 4 ein Beispiel, in dem die Komponenten der Entfernungsberechnungseinheit 34 jeweils durch zweckgebundene Hardware implementiert werden, und 5 zeigt ein Beispiel, in dem die Entfernungsberechnungseinheit 34 von Software, Firmware oder dergleichen implementiert wird. Auch wenn ein Teil der Komponenten der Entfernungsberechnungseinheit 34 durch zweckgebundene Hardware implementiert wird, können die anderen Komponenten jedoch durch Software, Firmware oder dergleichen implementiert werden.
6 ist ein Konfigurationsdiagramm, welches das Innere der optischen Interferenzeinheit 31 und das Innere des O/E-Wandlers 32 darstellt.
In 6 multiplexiert der optische Koppler 31a das reflektierte Licht, das vom Zirkulator 22 ausgegeben wird, und das Bezugslicht, das vom optischen Koppler 21 ausgegeben wird.
Außerdem demultiplexiert der optische Koppler 31a das multiplexierte Licht in zwei Lichtbündel und gibt jedes von den demultiplexierten Lichtbündeln an ein entsprechendes von PIN-Photodioden 32a, 32b als Interferenzlicht aus.
Jede von den PIN-Photodioden 32a, 32b ist ein Element, durch das ein Strom fließt, wobei der Strom direkt proportional ist zu der Lichtintensität des Interferenzlichts, das vom optischen Koppler 31a ausgegeben wird.
Ein elektrisches Signal mit einer Spannung, die direkt proportional ist zur Lichtintensität des Interferenzlichts, erscheint an einem Verbindungspunkt der PIN-Photodiode 32a und der PIN-Photodiode 32b.
Ein Verstärker 32c verstärkt das elektrische Signal und gibt das verstärkte elektrische Signal als Interferenzsignal an den A/D-Wandler 33 aus.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Entfernungsmessungsverarbeitung darstellt, die durch die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 durchgeführt wird.
7 zeigt ein Beispiel, in dem die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 Entfernungen zu drei Messungszielen 1 misst.
Die drei Messungsziele 1, die in 7 dargestellt sind, befinden sich an jeweiligen Positionen X₁, X₂, X₃, und Entfernungen dorthin von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 sind L₁, L₂ bzw. L₃, und L₁ < L₂ < L₃.
Nun wird der Betrieb der in 2 gezeigten optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 beschrieben.
Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 gibt wiederholt frequenzgewobbeltes Licht an eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus, wobei sich die Frequenz des frequenzgewobbelten Lichts im Zeitverlauf ändert.
Nachstehend wird ein Ausgabebetrieb zum Ausgeben von frequenzgewobbeltem Licht durch die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 konkret beschrieben.
Die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frquenzgewobbeltes Signal gibt ein Sägezahn-Wellensignal an die Verzögerungseinheit 12 und die erste Laserlichtquelle 13 als elektrisches frquenzgewobbeltes Signal aus, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Wellenform des Sägezahnwellensignals darstellt.
Das Sägezahn-Wellensignal ist ein Signal, in dem sich eine Spannung oder ein Strom ändert, um zu bewirken, dass sich eine Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und eine Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts von der niedrigsten Frequenz f_min zur höchsten Frequenz f_max ändern.
Wenn die Frequenz nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne zur niedrigsten Frequenz f_min zurückkehrt, ändert sich die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und des zweiten frequenzgewobbelten Lichts von der niedrigsten Frequenz f_min in die höchste Frequenz f_max.
Der Grund dafür, dass sich die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und des zweiten frequenzgewobbelten Lichts nach Ablauf einer festgelegten Zeitspanne ändern, ist, dass die Zeit benötigt wird, wenn die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und die Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts von der höchsten Frequenz f_max zur niedrigsten Frequenz f_min zurückkehren.
Während der Selektor 15 das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, überwacht die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frquenzgewobbeltes Signal die Frequenz f des Sägezahn-Wellensignals, das an die erste Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird.
Wenn die Frequenz f des Sägezahn-Wellensignals, das an die erste Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, die höchste Frequenz f_max erreicht, gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal das zweite Selektorschaltsignal, das angibt, dass das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt ist, an den Selektor 15 aus.
Zu der Zeit, zu der ein Umschalten vom ersten frequenzgewobbelten Licht auf das zweite frequenzgewobbelte Licht vorgenommen wird, erfasst die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal die Zeit, zu der die Frequenz f des Sägezahn-Wellensignals, das an die erste Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, die höchste Frequenz f_max erreicht.
Während der Selektor 15 das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, überwacht außerdem die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal die Frequenz f des verzögerten Sägezahn-Wellensignals, das von der Verzögerungseinheit 12 ausgegeben wird.
Wenn die Frequenz f des verzögerten Sägezahn-Wellensignals die höchste Frequenz f_max erreicht, gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal das erste Selektorschaltsignal, das angibt, dass das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor 15 aus.
Zu der Zeit, zu der ein Umschalten vom zweiten frequenzgewobbelten Licht auf das erste frequenzgewobbelte Licht vorgenommen wird, erfasst die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal die Zeit, zu der die Frequenz f des verzögerten Sägezahn-Wellensignals die höchste Frequenz f_max erreicht.
Wenn die Verzögerungseinheit 12 das Sägezahn-Wellensignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, verzögert die Verzögerungseinheit 12 das Sägezahn-Wellensignal und gibt das verzögerte Sägezahn-Wellensignal an die zweite Laserlichtquelle 14 aus.
Die Verzögerungszeit des Sägezahn-Wellensignals, das von der Verzögerungseinheit 12 verzögert wird, wird weiter unten beschrieben.
Wenn die erste Laserlichtquelle 13 das Sägezahn-Wellensignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, gibt die erste Laserlichtquelle 13 das erste frequenzgewobbelte Licht, bei dem eine Änderung der Frequenz im Zeitverlauf mit einer Änderung am Sägezahn-Wellensignal synchron ist, an den Selektor 15 aus.
Wenn die zweite Laserlichtquelle 14 das von der Verzögerungseinheit 12 ausgegebene Sägezahn-Wellensignal empfängt, gibt die zweite Laserlichtquelle 14 das zweite frequenzgewobbelte Licht, bei dem eine Änderung der Frequenz im Zeitverlauf mit einer Änderung am Sägezahn-Wellensignal synchron ist, an den Selektor 15 aus.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das Bezugslicht als erstes frequenzgewobbelte Licht, das von der ersten Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, und reflektiertes Licht, Bezugslicht als zweites frequenzgewobbeltes Licht, das von der zweiten Laserlichtquelle 14 ausgegeben wird, und reflektiertes Licht darstellt.
Wenn eine Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und eine Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts jeweils die höchste Frequenz f_max erreichen, kehrt die Frequenz vorübergehend zu der niedrigsten Frequenz f_min zurück, und anschließend wird ein Frequenzwobbeln neu gestartet.
Wenn die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts und die Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts jeweils zur niedrigsten Frequenz f_min zurückkehren, ist eine festgelegte Zeitspanne nötig, bevor ein Frequenzwobbeln neu gestartet wird, und daher wird die Frequenz für eine festgelegte Zeitspanne bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten. Eine Zeitspanne, während der die Frequenz bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten wird, ist eine Zeitspanne, während der eine Entfernung nicht gemessen werden kann.
Jedoch weicht eine Zeitspanne, während der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten wird, von einer Zeitspanne ab, während der die Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten wird.
In einer Zeitspanne, während der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten wird, ist die Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts höher als die niedrigste Frequenz f_min.
Außerdem ist in einer Zeitspanne, während der die Frequenz des zweiten frequenzgewobbelten Lichts bei der niedrigsten Frequenz f_min gehalten wird, die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts höher als die niedrigste Frequenz f_min.
Wenn der Selektor 15 das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 15 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das erste frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das erste frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Wenn der Selektor 15 das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 15 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das zweite frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das zweite frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 gibt das erste frequenzgewobbelte Licht oder das zweite frequenzgewobbelte Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben worden ist, an die Signal-Verarbeitungseinheit 30 als Bezugslicht aus.
Außerdem bestrahlt die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 das Messungsziel 1 mit dem ersten frequenzgewobbelten Licht oder dem zweiten frequenzgewobbelten Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben wird, als Bestrahlungslicht und empfängt das Bestrahlungslicht, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, als reflektiertes Licht und gibt das reflektierte Licht an die Signalverarbeitungseinheit 30 aus.
Ein Bestrahlungsbetrieb mit Bestrahlungslicht und ein Betrieb zum Empfangen von reflektiertem Licht durch die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 werden nachtstehend konkret beschrieben.
Wenn der optische Koppler 21 frequenzgewobbeltes Licht (das erste frequenzgewobbelte Licht oder das zweite frequenzgewobbelte Licht) vom Selektor 15 empfängt, bewirkt der optische Koppler 21, dass sich das frequenzgewobbelte Licht in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt.
Der optische Koppler 21 gibt ein frequenzgewobbelte Lichtbündel nach der Verzweigung zum Zirkulator 22 aus und gibt das andere frequenzgewobbelte Lichtbündel nach der Verzweigung als Bezugslicht an die optische Interferenzeinheit 31 aus.
Der Zirkulator 22 gibt das frequenzgewobbelte Licht, das vom optischen Koppler 21 ausgegeben wird, an die Kollimatorlinse 23 aus.
Wenn die Kollimatorlinse 23 das frequenzgewobbelte Licht vom Zirkulator 22 empfängt, passt die Kollimatorlinse 23 einen Bündeldurchmesser des frequenzgewobbelten Lichts auf solche Weise an, dass das frequenzgewobbelte Licht paralleles Licht wird. Das frequenzgewobbelte Licht, dessen Bündeldurchmesser von der Kollimatorlinse 23 angepasst worden ist, wird in Richtung auf das Messungsziel 1 als Bestrahlungslicht in den Raum emittiert.
Die Kollimatorlinse 23 konzentriert das Bestrahlungslicht, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, als reflektiertes Licht und gibt das reflektierte Licht an den Zirkulator 22 aus.
Wenn der Zirkulator 22 das reflektierte Licht von der Kollimatorlinse 23 empfängt, gibt der Zirkulator 22 das reflektierte Licht an die optische Interferenzeinheit 31 aus.
Die optische Interferenzeinheit 31 bewirkt, dass das reflektierte Licht, das vom Zirkulator 22 ausgegeben wird, das Bezugslicht beeinflusst, das von dem optischen Koppler 21 ausgegeben wird, und gibt Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht an den O/E-Wandler 32 aus.
Wenn der O/E-Wandler 32 das Interferenzlicht von der optischen Interferenzeinheit 31 empfängt, wandelt der O/E-Wandler 32 das Interferenzlicht in ein Interferenzsignal um und gibt das Interferenzsignal an den A/D-Wandler 33 aus.
Wenn der A/D-Wandler 33 das Interferenzsignal vom O/E-Wandler 32 empfängt, unterzieht der A/D-Wandler 33 das Interferenzsignal einer Umwandlung von einem analogen Signal in ein digitales Signal und gibt das digitale Signal an die Entfernungsberechnungseinheit 34 aus.
Wenn der Fourier-Wandler 35 der Entfernungsberechnungseinheit 34 das digitale Signal vom A/D-Wandler 33 empfängt, berechnet der Fourier-Wandler 35 ein Frequenzspektrum von Interferenzlicht durch Anwenden einer Fourier-Transformation auf das digitale Signal und gibt das Frequenzspektrum an die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 aus.
Die Zeit, zu der das reflektierte Licht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, kommt später als die Zeit, zu der das Bezugslicht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, und daher tritt eine Zeitdifferenz zwischen der Ankunftszeit, zu der das reflektierte Licht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, und der Ankunftszeit, zu der das Bezugslicht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, auf.
Das Frequenzspektrum schließt eine Komponente einer Frequenzdifferenz ein, die der oben beschriebenen Zeitdifferenz entspricht, und die Zeitdifferenz ist direkt proportional zu einer Entfernung zu dem Messungsziel 1. Die Frequenzdifferenz ist eine Differenz zwischen der Frequenz des reflektierten Lichts und der Frequenz des Bezugslichts.
7 zeigt als Beispiel das Messungsziel 1, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₁ ist, das Messungsziel 1, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₂ ist, und das Messungsziel 1, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₃ ist.
In dem in 7 gezeigten Beispiel ist in einem Fall, wo reflektiertes Licht, das an der optischen Interferenzeinheit 31 angekommen ist, reflektiertes Licht ist, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₁ ist, eine Frequenzdifferenz Δf zwischen der Frequenz des reflektierten Lichtes und der Frequenz des Bezugslichts Δf₁. Das reflektierte Licht, das vom Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₁ ist, ist reflektiertes Licht während einer Zeitspanne, die durch Abtastung (X₁) angegeben wird.
In einem Fall, wo reflektiertes Licht, das an der optischen Interferenzeinheit 31 angekommen ist, reflektiertes Licht ist, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₂ ist, ist die Frequenzdifferenz Δf Δf₂. Das reflektierte Licht, das vom Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₂ ist, ist reflektiertes Licht während einer Zeitspanne, die durch Abtastung (X₂) angegeben wird.
In einem Fall, wo reflektiertes Licht, das an der optischen Interferenzeinheit 31 angekommen ist, reflektiertes Licht ist, das von dem Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₃ ist, ist die Frequenzdifferenz Δf Δf₃. Das reflektierte Licht, das vom Messungsziel 1 reflektiert wird, dessen Entfernung von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 L₃ ist, ist reflektiertes Licht während einer Zeitspanne, die durch Abtastung (X₃) angegeben wird. Sie erfüllen Δf₁ < Δf₂ < Δf₃.
Wenn die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 das Frequenzspektrum vom Fourier-Wandler 35 empfängt, berechnet die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 die Frequenzdifferenz Δf, die in dem Frequenzspektrum enthalten ist.
Aus der Frequenzdifferenz Δf berechnet die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 eine Entfernung L von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 zu dem Messungsziel 1.
Die Verarbeitung der Berechnung einer Entfernung L aus der Frequenzdifferenz Δf ist an sich eine allgemeinbekannte Technologie, und daher wird ihre ausführliche Beschreibung hier weggelassen.
Hier wird die Verzögerungszeit des Sägezahn-Wellensignals, das von der Verzögerungseinheit 12 verzögert wird, beschrieben.
Ein Anfangswert der Verzögerungszeit des Sägezahn-Wellensignals ist 0.
In einem Fall, wo die Verzögerungszeit 0 ist, stimmt eine Zeitspanne, in der eine Entfernung nicht messbar ist, während der eine Entfernung durch das erste frequenzgewobbelte Licht nicht gemessen werden kann, mit einer Zeitspanne, in der eine Entfernung nicht messbar ist, während der eine Entfernung durch das zweite frequenzgewobbelte Licht nicht gemessen werden kann, überein.
Wie in 9 gezeigt, schließt die Zeitspanne, in der eine Entfernung nicht messbar ist, eine Zeitspanne T₀ ein, während der die Frequenzdifferenz Δf zwischen der Frequenz des reflektierten Lichtes und der Frequenz des Bezugslichts 0 ist.
Die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 misst die Zeitspanne T₀, während der die Frequenzdifferenz Δf 0 ist.
Wenn eine Wobbelzeit von frequenzgewobbeltem Licht (dem ersten frequenzgewobbelten Licht, dem zweiten frequenzgewobbelten Licht) T_sweep ist, stellt die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 eine Verzögerungszeit T_d des Sägezahn-Wellensignals ein, wie in der folgenden Formel (1) gezeigt. $T_{0} + α < T_{d} < T_{sweep} - (T_{0} + α)$
In dieser Formel (1) ist α ein Koeffizient, der Zeitdifferenzen T₁, T₂ zwischen der Ankunftszeit, zu der reflektiertes Licht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, und der Ankunftszeit, zu der das Bezugslicht an der optischen Interferenzeinheit 31 ankommt, entspricht. Jedoch ändern sich die Zeitdifferenzen T₁, T₂ abhängig von der Entfernung zum Messungsziel 1. Daher wird hinsichtlich der Zeitdifferenzen T₁, T₂ der Koeffizient α auf Basis der Zeitdifferenzen T_max1, T_max2, die einem höchsten Wert L_max einer messbaren Entfernung in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 entsprechen, eingestellt. $α = T_{max 1} + T_{max 2}$
Die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 gibt die Verzögerungszeit T_d des Sägezahn-Wellensignals an die Verzögerungseinheit 12 aus. Die Verzögerungszeit der Verzögerungseinheit 12 wird auf die Verzögerungszeit T_d eingestellt, die von der Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 ausgegeben wird.
Hierbei stellt die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 die Verzögerungszeit T_d des Sägezahn-Wellensignals gemäß Formel (1) und Formel (2) ein. Jedoch ist dies nur ein Beispiel. Die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 kann die Verzögerungszeit T_d auf solche Weise einstellen, dass die Zeit, zu der das erste frequenzgewobbelte Licht vom Selektor 15 ausgewählt wird, der Zeit, zu der das zweite frequenzgewobbelte Licht vom Selektor 15 ausgewählt wird, gleich ist. Außerdem kann die Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit 36 die Verzögerungszeit T_d auf solche Weise einstellen, dass ein Verhältnis zwischen der Zeit, zu der das erste frequenzgewobbelte Licht vom Selektor 15 ausgewählt wird, und der Zeit, zu der das zweite frequenzgewobbelte Licht vom Selektor 15 ausgewählt wird, konstant ist.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 auf solche Weise konfiguriert, dass die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 frequenzgewobbeltes Licht während einer Zeitspanne ab dann, wenn ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln möglich wird, ausgibt, wobei das frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frquenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird. Daher ist die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 in der Lage, eine Zeitspanne zu eliminieren, während der eine Entfernung zu einem Messungsziel 1 nicht gemessen werden kann.
Was die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform betrifft, ist der Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts dem Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts gleich.
Jedoch ist dies nur ein Beispiel. Der Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts kann sich von dem Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts unterscheiden.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts, das von der ersten Laserlichtquelle 13 ausgegeben wird, und einen Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der zweiten Laserlichtquelle 14 ausgegeben wird, darstellt.
In einem in 10 gezeigten Beispiel liegt der Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts im Bereich von der niedrigsten Frequenz f_min1 bis zur höchsten Frequenz f_max1, und der Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts liegt im Bereich von der niedrigsten Frequenz f_min2 bis zur höchsten Frequenz f_max2.
In dem in 10 gezeigten Beispiel gilt: f_max1 = f_min2. Daher liegt ein Änderungsbereich von frequenzgewobbeltem Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 ausgegeben wird, in einem Bereich von der niedrigsten Frequenz f_min1 bis zur höchsten Frequenz f_max2.
Der Frequenzänderungsbetrag C₁ des ersten frequenzgewobbelten Lichts wird berechnet durch f_max1-f_min1, und der Frequenzänderungsbetrag C₂ des zweiten frequenzgewobbelten Lichts wird berechnet durch f_max2-f_min2.
Wie in 9 gezeigt ist, wird außerdem der Frequenzänderungsbetrag C₃, der in einem Fall erhalten wird, wo der Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts dem Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts gleich ist, berechnet durch f_max-f_min.
Unter der Annahme, dass C₁ = C₂ = C₃, ist in diesem Fall die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 in der Lage, in einem Fall, wo der Frequenzänderungsbereich des ersten frequenzgewobbelten Lichts von dem Frequenzänderungsbereich des zweiten frequenzgewobbelten Lichts verschieden ist, einen dynamischen Bereich einer Messentfernung im Vergleich zu einem Fall, wo die Frequenzänderungsbereiche gleich sind, zu vergrößern.
Was die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform betrifft, so ist die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 mit zwei Laserlichtquellen (der ersten Laserlichtquelle 13, der zweiten Laserlichtquelle 14) ausgestattet. Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 kann mit drei oder mehr Laserlichtquellen ausgestattet sein.
In einem Fall, wo die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 10 mit drei oder mehr Laserlichtquellen ausgestattet ist, wählt der Selektor 15 ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel aus drei oder mehr frequenzgewobbelten Lichtbündeln aus und gibt das ausgewählte frequenzgewobbelte Lichtbündel an die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus.
Das vom Selektor 15 ausgewählte frequenzgewobbelte Lichtbündel ist ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel, dessen Frequenz nicht die niedrigste Frequenz f_min ist.
Zweite Ausführungsform
Was eine optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform betrifft, so ist eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 mit nur einer Laserlichtquelle 61 ausgestattet.
11 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
In 11 geben Bezugszahlen, die denen gleich sind, die in 2 verwendet werden, gleiche oder entsprechende Komponenten an, und daher wird auf deren Erläuterung verzichtet.
Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 ist mit einer Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal, der Laserlichtquelle 61, einem optischen Koppler 62, einer Verzögerungseinheit 63 und einem Selektor 64 ausgestattet.
Die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 gibt frequenzgewobbeltes Licht während einer Zeitspanne ab dann, wenn ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln möglich wird, an die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus, wobei das frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird.
Die Laserlichtquelle 61 ist über eine optische Faser mit dem optischen Koppler 62 verbunden.
Die Laserlichtquelle 61 gibt wiederholt frequenzgewobbeltes Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, auf Basis eines Sägezahn-Wellensignals, das von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ausgegeben wird, an den optischen Koppler 62 aus.
Der optische Koppler 62 ist über eine optische Faser mit der Verzögerungseinheit 63 verbunden und ist über eine optische Faser mit dem Selektor 64 verbunden.
Der optische Koppler 62 bewirkt, dass sich frequenzgewobbeltes Licht, das von der Laserlichtquelle 61 ausgegeben wird, in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt, gibt ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel nach der Verzweigung als erstes frequenzgewobbeltes Licht an den Selektor 64 aus und gibt das andere frequenzgewobbelte Lichtbündel nach der Verzweigung als zweites frequenzgewobbeltes Licht an die Verzögerungseinheit 63 aus.
Die Verzögerungseinheit 63 ist über eine optische Faser mit dem Selektor 64 verbunden.
Die Verzögerungseinheit 63 verzögert das zweite frequenzgewobbelte Licht, das von dem optischen Koppler 62 ausgegeben wird, und gibt das verzögerte zweite frequenzgewobbelte Licht an den Selektor 64 aus.
Der Selektor 64 ist über eine optische Faser mit einem optischen Koppler 21 der Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 verbunden.
Wenn der Selektor 64 das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 64 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das erste frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das erste frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Wenn der Selektor 64 das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 64 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das zweite frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das zweite frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Nun wird der Betrieb der in 11 gezeigten optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 beschrieben.
Jedoch sind Komponenten außer der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 denen der in 2 gezeigten optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 gleich, und daher wird nur der Betrieb der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 beschrieben.
Als elektrisches frequenzgewobbeltes Signal, das eine Änderung der Frequenz von frequenzgewobbeltem Licht, das von der Laserlichtquelle 61 ausgegeben wird, im Zeitverlauf bewirkt, gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal ein in 8 gezeigtes Sägezahn-Wellensignal an die Laserlichtquelle 61 aus.
Außerdem verzögert die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal das Sägezahn-Wellensignal nur mit der Verzögerungszeit, die von der Entfernungsberechnungseinheit 34 ausgegeben wird.
Während der Selektor 64 das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, überwacht die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal die Frequenz f des Sägezahn-Wellensignals, das an die Laserlichtquelle 61 ausgegeben wird.
Wenn die Frequenz f des Sägezahn-Wellensignals, das an die Laserlichtquelle 61 ausgegeben wird, die höchste Frequenz f_max erreicht, gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal das zweite Selektorschaltsignal, das angibt, dass das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt ist, an den Selektor 64 aus.
Während der Selektor 64 das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, überwacht die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal die Frequenz f des verzögerten Sägezahn-Wellensignals.
Wenn die Frequenz f des verzögerten Sägezahn-Wellensignals die höchste Frequenz f_max erreicht, gibt die Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal das erste Selektorschaltsignal, das angibt, dass das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor 64 aus.
Wenn die Laserlichtquelle 61 das Sägezahn-Wellensignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, gibt die Laserlichtquelle 61 das frequenzgewobbelte Licht, bei dem eine Änderung der Frequenz im Zeitverlauf mit einer Änderung am Sägezahn-Wellensignal synchron ist, an den optischen Koppler 62 aus.
Wenn der optische Koppler 62 das frequenzgewobbelte Licht von der Laserlichtquelle 61 empfängt, bewirkt der optische Koppler 62, dass sich das frequenzgewobbelte Licht in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt.
Der optische Koppler 62 gibt ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel nach der Verzweigung als erstes frequenzgewobbeltes Licht an den Selektor 64 aus und gibt das andere frquenzgewobbelte Lichtbündel nach der Verzweigung als zweites frequenzgewobbeltes Licht an die Verzögerungseinheit 63 aus.
Wenn die Verzögerungseinheit 63 das zweite frequenzgewobbelte Licht vom optischen Koppler 62 empfängt, verzögert die Verzögerungseinheit 63 das zweite frequenzgewobbelte Licht und gibt das verzögerte zweite frequenzgewobbelte Licht an den Selektor 64 aus.
Die Verzögerungszeit des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der Verzögerungseinheit 63 verzögert wird, ist der Verzögerungszeit des Sägezahn-Wellensignals, das von der in 2 gezeigten Verzögerungseinheit 12 verzögert wird, gleich.
Wenn der Selektor 64 das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 64 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das erste frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das erste frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus. Wenn der Selektor 64 das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit 11 für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal empfängt, wählt der Selektor 64 von dem ersten frequenzgewobbelten Licht und dem zweiten frequenzgewobbelten Licht das zweite frequenzgewobbelte Licht aus und gibt dann das zweite frequenzgewobbelte Licht an den optischen Koppler 21 aus.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Zahl der Laserlichtquellen, mit denen die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 ausgestattet ist, eins, und daher kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform stärker miniaturisiert werden als die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der ersten Ausführungsform.
Was die optische Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform betrifft, so muss die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit 60 mit dem optischen Koppler 62 und der Verzögerungseinheit 63 ausgestattet sein. Jedoch sind der optische Koppler 62 und die Verzögerungseinheit 63 kleiner als die Laserlichtquelle.
In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform bewirkt der optische Koppler 62, dass sich das erste frequenzgewobbelte Licht in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt, und infolgedessen werden die zwei frequenzgewobbelten Lichtbündel an den Selektor 64 ausgegeben. Jedoch ist dies nur ein Beispiel. Zum Beispiel können durch Verbinden einer Vielzahl von optischen Kopplern 62 in verschiedenen Stufen drei oder mehr frequenzgewobbelte Lichtbündel an den Selektor 64 ausgegeben werden. In einem Fall, wo drei oder mehr frequenzgewobbelte Lichtbündel an den Selektor 64 ausgegeben werden, werden die Verzögerungseinheiten 63 mit den jeweiligen optischen Kopplern 62 verbunden, die in mehreren Stufen verbunden sind.
Der Selektor 64 wählt ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel aus drei oder mehr frequenzgewobbelten Lichtbündeln aus und gibt dann das ausgewählte frequenzgewobbelte Lichtbündel an die Lichtsende- und Lichtempfangseinheit 20 aus.
Das vom Selektor 64 ausgewählte frequenzgewobbelte Lichtbündel ist ein frequenzgewobbeltes Lichtbündel, das einem Frequenzwobbeln unterzogen wird und dessen Frequenz nicht die niedrigste Frequenz f_min ist.
Es ist zu beachten, dass eine freie Kombination von Ausführungsformen oder eine Abwandlung einer beliebigen Komponente jeder Ausführungsform oder die Auslassung einer beliebigen Komponente in jeder Ausführungsform in der Erfindung der vorliegenden Anmeldung im Rahmen des Erfindungsumfangs vorgenommen werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung eignet sich für eine optische Entfernungsmessvorrichtung, die eine Entfernung zu einem Messungsziel berechnet.
Außerdem eignet sich die vorliegende Erfindung für eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit einer optischen Entfernungsmessvorrichtung ausgestattet ist.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Messungsziel,

2: Verarbeitungsvorrichtung,
3: Optische Entfernungsmessvorrichtung,
4: Verarbeitungseinheit,
10: Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit,
11: Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal,
12: Verzögerungseinheit,
13: Erste Laserlichtquelle,
14: Zweite Laserlichtquelle,
15: Selektor,
20: Lichtsende- und Lichtempfangseinheit,
21: optischer Koppler,
22: Zirkulator,
23: Kollimatorlinse,
30: Signalverarbeitungseinheit,
31: Optische Interferenzeinheit,
31a: optischer Koppler,
32: O/E-Wandler,
32a und 32b: PIN-Photodiode,
32c: Verstärker,
33: A/D-Wandler,
34: Entfernungsberechnungseinheit,
35: Fourier-Wandler,
36: Entfernungsberechnungs-Verarbeitungseinheit,
41: Fourier-Umwandlungsschaltung,
42: Entfernungsberechnungs-Verarbeitungsschaltung,
51: Speicher,
52: Prozessor,
60: Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit,
61: Laserlichtquelle,
62: optischer Koppler,
63: Verzögerungseinheit und
64: Selektor

Claims

Optische Entfernungsmessvorrichtung (3), umfassend: eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) zum wiederholten Ausgeben von einem ersten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, und einem zweiten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert; eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit (20) zum Ausgeben von frequenzgewobbeltem Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) ausgegeben wird, als Bezugslicht, und zum Bestrahlen eines Messungsziels (1) mit dem frequenzgewobbelten Licht, um frequenzgewobbeltes Licht, das von dem Messungsziel (1) reflektiert wird, als reflektiertes Licht zu empfangen; eine optische Interferenzeinheit (31) zum Bewirken, dass das reflektierte Licht und das Bezugslicht interferieren, und zum Ausgeben von Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht; und eine Entfernungsberechnungseinheit (34) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem reflektierten Licht und einer Frequenz des Bezugslichts auf Basis des Interferenzlichts, das von der optischen Interferenzeinheit (31) ausgegeben wird, und zum Berechnen einer Entfernung zu dem Messungsziel (1) aus der Differenz, wobei die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) das zweite frequenzgewobbelte Licht während einer Zeitspanne ausgibt, in der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts von einer höchsten Frequenz zu einer niedrigsten Frequenz zurückkehrt, nachdem ein Frequenzwobbeln von ausgegebenem ersten frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln des ersten frequenzgewobbelten Lichts wieder möglich wird, wobei das zweite frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene erste frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird.
Optische Entfernungsmessvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10) aufweist: eine Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) zum Ausgeben eines elektrischen frequenzgewobbelten Signals, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, eine Verzögerungseinheit (12) zum Verzögern des elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) ausgegeben wird, eine erste Laserlichtquelle (13) zum wiederholten Ausgeben des ersten frequenzgewobbelten Lichts auf Basis des frequenzgewobbelten Signals, das von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) ausgegeben wird, eine zweite Laserlichtquelle (14) zum wiederholten Ausgeben des zweiten frequenzgewobbelten Lichts auf Basis des elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das von der Verzögerungseinheit (12) verzögert wird, und einen Selektor (15) zum Auswählen des ersten frequenzgewobbelten Lichts, das von der ersten Laserlichtquelle (13) ausgegeben wird, oder des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der zweiten Laserlichtquelle (14) ausgegeben wird, und zum Ausgeben des ausgewählten frequenzgewobbelten Lichts, wobei, während der Selektor (15) das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (11) auf Basis einer Frequenz eines elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das an die erste Laserlichtquelle (13) ausgegeben wird, eine Zeit erfasst, zu der ein Wechsel vom ersten frequenzgewobbelten Licht zum zweiten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, und wenn die Zeit, zu der ein Wechsel zum zweiten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, erfasst worden ist, gibt die Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) ein zweites Selektorschaltsignal, das angibt, dass das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor (15) aus, und wobei, während der Selektor das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (11) auf Basis einer Frequenz des elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das von der Verzögerungseinheit (12) verzögert wird, eine Zeit erfasst, zu der ein Wechsel vom zweiten frequenzgewobbelten Licht zum ersten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, und wenn die Zeit, zu der ein Wechsel zum ersten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, erfasst worden ist, gibt die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (11) ein erstes Selektorschaltsignal, das angibt, dass das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor (15) aus, und wenn der Selektor (15) das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) empfängt, wählt der Selektor (15) das erste frequenzgewobbelte Licht aus, und wenn der Selektor (15) das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) empfängt, wählt der Selektor (15) das zweite frequenzgewobbelte Licht aus.
Optische Entfernungsmessvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (60) aufweist: eine Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) zum Ausgeben eines elektrischen frequenzgewobbelten Signals, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, eine Laserlichtquelle (61) zum wiederholten Ausgeben eines frequenzgewobbelten Lichts, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, auf Basis des frequenzgewobbelten Signals, das von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) ausgegeben wird, einen optischen Koppler (62) zum Bewirken, dass sich frequenzgewobbeltes Licht, das von der Laserlichtquelle (61) ausgegeben wird, in zwei frequenzgewobbelte Lichtbündel verzweigt, zum Ausgeben eines frequenzgewobbelten Lichtbündels nach der Verzweigung als erstes frequenzgewobbeltes Licht und zum Ausgeben des anderen frequenzgewobbelten Lichtbündels nach der Verzweigung als zweites frequenzgewobbeltes Licht, eine Verzögerungseinheit (63) zum Verzögern des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das vom optischen Koppler (62), ausgegeben wird, und einen Selektor (64) zum Auswählen des ersten frequenzgewobbelten Lichts, das von dem optischen Koppler (62) ausgegeben wird, oder des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der Verzögerungseinheit (63) verzögert wird, und zum Ausgeben des ausgewählten frequenzgewobbelten Lichts, die Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes (11) Signal verzögert das elektrische frequenzgewobbelte Signal nur mit einer Verzögerungszeit, die der Verzögerungszeit des zweiten frequenzgewobbelten Lichts, das von der Verzögerungseinheit (63) verzögert wird, gleich ist, erfasst, während der Selektor (64) das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, auf Basis einer Frequenz eines elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das an die erste Laserlichtquelle (61) ausgegeben wird, eine Zeit, zu der ein Wechsel vom ersten frequenzgewobbelten Licht zum zweiten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, gibt, wenn die Zeit, zu der ein Wechsel zum zweiten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, erfasst worden ist, ein zweites Selektorschaltsignal, das angibt, dass das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor (64) aus, während der Selektor (64) das zweite frequenzgewobbelte Licht ausgewählt behält, erfasst auf Basis einer Frequenz des elektrischen frequenzgewobbelten Signals, das verzögert wird, eine Zeit, zu der ein Wechsel vom zweiten frequenzgewobbelten Licht zum ersten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, und gibt, wenn die Zeit, zu der ein Wechsel zum ersten frequenzgewobbelten Licht vollzogen wird, erfasst worden ist, ein erstes Selektorschaltsignal, das angibt, dass das erste frequenzgewobbelte Licht ausgewählt wird, an den Selektor (64) aus, und wenn der Selektor (64) das erste Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) empfängt, wählt der Selektor (64) das erste frequenzgewobbelte Licht aus, und wenn der Selektor (64) das zweite Selektorschaltsignal von der Ausgabeeinheit für ein elektrisches frequenzgewobbeltes Signal (11) empfängt, wählt der Selektor (64) das zweite frequenzgewobbelte Licht aus.
Verarbeitungsvorrichtung (2), umfassend: eine optische Entfernungsmessvorrichtung (3) zum Messen einer Entfernung zu einem Messungsziel (1); und eine Verarbeitungseinheit (4) zum Verarbeiten des Messungsziels (1) auf der Basis der Entfernung, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung (3) gemessen wird, wobei die optische Entfernungsmessvorrichtung (3) aufweist: eine Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) zum wiederholten Ausgeben von einem ersten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, und einem zweiten frequenzgewobbelten Licht, dessen Frequenz sich im Zeitverlauf ändert, eine Lichtsende- und Lichtempfangseinheit (20) zum Ausgeben von frequenzgewobbeltem Licht, das von der Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) ausgegeben wird, als Bezugslicht und zum Bestrahlen eines Messungsziels (1) mit dem frequenzgewobbelten Licht, um frequenzgewobbeltes Licht, das von dem Messungsziel (1) reflektiert wird, als reflektiertes Licht zu empfangen, eine optische Interferenzeinheit (31) zum Bewirken, dass das reflektierte Licht und das Bezugslicht interferieren, und zum Ausgeben von Interferenzlicht zwischen dem reflektierten Licht und dem Bezugslicht, und eine Entfernungsberechnungseinheit (34) zum Berechnen einer Differenz zwischen dem reflektierten Licht und einer Frequenz des Bezugslichts auf Basis des Interferenzlichts, das von der optischen Interferenzeinheit (31) ausgegeben wird, und zum Berechnen einer Entfernung zu dem Messungsziel (1) aus der Differenz, und die Frequenzgewobbeltes-Licht-Ausgabeeinheit (10; 60) das zweite frequenzgewobbelte Licht während einer Zeitspanne ausgibt, in der die Frequenz des ersten frequenzgewobbelten Lichts von einer höchsten Frequenz zu einer niedrigsten Frequenz zurückkehrt, nachdem ein Frequenzwobbeln von dem ausgegebenen ersten frequenzgewobbelten Licht abgeschlossen ist, bis dann, wenn das nächste Frequenzwobbeln des ersten frequenzgewobbelten Lichts möglich wird, wobei das zweite frequenzgewobbelte Licht, das während der Zeitspanne ausgegeben wird, einem Frequenzwobbeln mit einer anderen Frequenz als das ausgegebene erste frequenzgewobbelte Licht unterzogen wird.