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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Entfernungsmessvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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In Verfahren der optischen Entfernungsmessung wird eine Entfernung von einer Lichtquelle zu einem Zielobjekt unter Verwendung von Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, durch ein Verfahren wie ein Impulsausbreitungsverfahren, ein trianguläres Entfernungsmessverfahren, ein konfokales Verfahren, eine Weißlichtinterferometrie oder eine Wellenlängenabtastinterferometrie gemessen. Unter diesen Verfahren nutzen die Weißlichtinterferometrie, die Wellenlängenabtastinterferometrie oder dergleichen das Interferenzphänomen von Licht.
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In der Interferometrie wird von einer Lichtquelle emittiertes Licht in Messlicht und Referenzlicht geteilt, Reflexionslicht, das Licht ist, das durch Reflexion des Messlichts auf einem Zielobjekt erhalten wurde, und das Referenzlicht werden veranlasst, miteinander zu interferieren, und eine Entfernung von der Lichtquelle zum Zielobjekt wird durch Bezugnahme auf eine Bedingung, dass das Reflexionslicht und das Referenzlicht einander verstärken, gemessen.
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Beispielsweise wird in der Weißlichtinterferometrie wie einer Spektraldomäneninterferometrie eine Lichtquelle, die Breitbandlicht emittiert, verwendet. In der Weißlichtinterferometrie wird das von der Lichtquelle emittierte Breitbandlicht in Messlicht und Referenzlicht geteilt. In der Weißlichtinterferometrie wird spektrale Dispersion von einem Spektroskop räumlich ausgeführt, und eine Entfernung von der Lichtquelle zum Zielobjekt wird unter Bezugnahme auf eine Interferenzbedingung zwischen dem spektral dispergierten bzw. aufgeteilten Reflexionslicht und dem spektral dispergierten bzw. aufgeteilten Referenzlicht gemessen.
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Beispielsweise wird in der Wellenlängenabtastinterferometrie von einer Lichtquelle emittiertes Licht einer Wellenlängendurchstimmung unterzogen. In der Wellenlängenabtastinterferometrie wird das der Wellenlängendurchstimmung unterzogene Licht in Messlicht und Referenzlicht geteilt. In der Wellenlängenabtastinterferometrie wird Interferenz zwischen Reflexionslicht, welches das durch Teilung des Wellenlängenabtastlichts erhaltene und von einem Zielobjekt reflektierte Messlicht ist, und dem durch Teilung des Wellenlängenabtastlichts erhaltenen Referenzlicht verursacht. In der Wellenlängenabtastinterferometrie wird eine Entfernung von der Lichtquelle zum Zielobjekt durch Messen der Frequenz des Reflexionslichts und der Frequenz des Referenzlichts gemessen.
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Beispielsweise offenbart Nicht-Patentliteratur 1 eine optische Kohärenztomographie mit Durchstimmung der Wellenlänge der Strahlungsquelle (Swept Source-Optical Coherence Tomography, SS-OCT), in der eine optische Entfernungsmessvorrichtung durch eine Wellenlängenabtastinterferometrie auf medizinische Anwendungen angewendet wird.
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LISTE DER ANFÜHRUNGEN
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NICHT-PATENTLITERATUR
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Nicht-Patentliteratur 1: Masamitsu Haruna, „Hikari coherence tomography (OCT)", [online], 2010, MEDICAL PHOTONICS, [recherchiert am 4. Februar 2019], im Internet <URL: http://www.medicalphotonics.jp/pdf/mp0001/0001_029. pdf>
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ABRISS DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Konventionelle optische Entfernungsmessvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Bereich von Entfernungen von einer Lichtquelle zu einem Zielobjekt, die gleichzeitig gemessen werden können, auf den Bereich der Brennweite eines optischen Systems, das Messlicht zu einem Zielobjekt emittiert, beschränkt ist.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird beabsichtigt, das vorstehende Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Entfernungsmessvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Entfernung zu einem Zielobjekt mit hoher Genauigkeit zu messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Eine optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, umfassend eine Übertragungseinheit, eine erste Empfangseinheit und eine zweite Empfangseinheit, wobei die Übertragungseinheit umfasst: eine Teilungseinheit, die einen Laserstrahl in Messlicht und Referenzlicht teilt und das Messlicht und das Referenzlicht ausgibt, wobei der Laserstrahl, der Eingang der Teilungseinheit, eine kontinuierliche Welle ist; eine Messlichtteilungseinheit, die das Messlicht in ein erstes Messlicht und ein zweites Messlicht teilt und das erste Messlicht und das zweite Messlicht ausgibt; eine Referenzlichtteilungseinheit, die das Referenzlicht in ein erstes Referenzlicht und ein zweites Referenzlicht teilt und das erste Referenzlicht und das zweite Referenzlicht ausgibt; ein erstes optisches System mit einer ersten Rayleigh-Länge, wobei das erste optische System das erste Messlicht zu einem Zielobjekt emittiert; und ein zweites optisches System mit einer zweiten Rayleigh-Länge, die sich von der ersten Rayleigh-Länge unterscheidet, und einer Brennweite gleich einer Brennweite des ersten optischen Systems, wobei das zweite optische System das zweite Messlicht zu dem Zielobjekt emittiert; wobei die erste Empfangseinheit das erste Referenzlicht und erste Reflexionslicht empfängt und ein erstes Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem ersten Referenzlicht als auch dem ersten Reflexionslicht ausgibt, wobei das erste Reflexionslicht ein reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt reflektiert wird und ursprünglich das erste Messlicht ist; und wobei die zweite Empfangseinheit das zweite Referenzlicht und zweite Reflexionslicht empfängt und das zweite Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem zweiten Referenzlicht als auch dem zweiten Reflexionslicht ausgibt, wobei das zweite Reflexionslicht ein weiteres reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt reflektiert wird und ursprünglich das zweite Messlicht ist.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Entfernung zu einem Zielobjekt mit hoher Genauigkeit gemessen werden, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptteils einer optischen Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
- 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bearbeitungseinrichtung veranschaulicht, an welcher die optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform angebracht ist.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bearbeitungseinrichtung veranschaulicht, an welcher die optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform angebracht ist.
- 4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Entfernungen zwischen einer Übertragungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform und Zielobjekten veranschaulicht. 4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen einem ersten Referenzlicht und einem ersten Reflexionslicht, die in eine erste optische Interferenzeinheit eingegeben werden, in einem Fall, in dem die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform und einem Zielobjekt X2 ist, veranschaulicht. 4C ist ein Diagramm, welches das Frequenzspektrum des ersten Interferenzlichts, gemessen durch eine Frequenzmesseinheit durch Bezugnahme auf ein erstes Empfangssignal zu einem bestimmten Zeitpunkt T1, veranschaulicht in 4B, darstellt. 4D ist ein Diagramm, welches das Frequenzspektrum des ersten Interferenzlichts, gemessen durch eine Frequenzmesseinheit durch Bezugnahme auf ein erstes Empfangssignal zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den Positionen der in 4A veranschaulichten Zielobjekte darstellt.
- 5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Rayleigh-Länge optischer Systeme und dem Bereich, in dem eine Entfernungsberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform eine Entfernung von der Übertragungseinheit zu einem Zielobjekt berechnen kann, veranschaulicht.
- 5B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Rayleigh-Länge der optischen Systeme und der Intensität von Reflexionswellen in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform zu einem Zielobjekt konstant ist, veranschaulicht.
- 5C ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Intensität einer Reflexionswelle und einem Fehler, enthalten in der Entfernung von der Übertragungseinheit zu einem Zielobjekt, berechnet durch die Entfernungsberechnungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform, veranschaulicht.
- 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Pfaden von erstem Messlicht und zweitem Messlicht gemäß der ersten Ausführungsform sowie erstem Reflexionslicht und zweitem Reflexionslicht, die das erste Messlicht beziehungsweise das Messlicht, reflektiert durch ein Zielobjekt, sind, veranschaulicht.
- 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptteils einer optischen Entfernungsmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptteils einer optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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Die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 umfasst eine Laserlichtquelle 101, eine Durchstimmeinheit 102, eine Teilungseinheit 103, eine Messlichtteilungseinheit 104, eine Referenzlichtteilungseinheit 105, eine Verzögerungseinstelleinheit 106, einen ersten optischen Zirkulator 121, einen zweiten optischen Zirkulator 122, ein erstes optisches System 131, ein zweites optisches System 132, eine erste optische Interferenzeinheit 151, eine zweite optische Interferenzeinheit 152, eine erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161, eine zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162, eine erste digitale Umwandlungseinheit 171, eine zweite digitale Umwandlungseinheit 172, eine Frequenzmesseinheit 181, eine Entfernungsberechnungseinheit 182 und eine Informationsübertragungseinheit 190.
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Die Laserlichtquelle 101 emittiert einen Laserstrahl, der ein kontinuierliches Licht ist. In der ersten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle 101 eine Lichtquelle, die einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Frequenz emittiert, beispielsweise einen Gaslaser oder einen Halbleiterlaser.
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Die Laserlichtquelle 101 ist in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform keine essentielle Komponente. Beispielsweise kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 durch Empfangen eines Laserstrahls, der von einer externen Laserstrahlerzeugungsvorrichtung, welche die Laserlichtquelle 101 umfasst, emittiert wird, betrieben werden.
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Der von der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserstrahl wird in die Durchstimmeinheit 102 eingegeben. Die Durchstimmeinheit 102 durchstimmt die Wellenlänge des dort eingegangenen Laserstrahls und gibt den durchstimmten Laserstrahl als Abtastlicht aus. Das von der Durchstimmeinheit 102 ausgegebene Abtastlicht ist ein Laserstrahl einer kontinuierlichen Welle.
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Die Teilungseinheit 103 umfasst einen optischen Koppler oder dergleichen, teilt den Laserstrahl einer dort eingegangenen kontinuierlichen Welle und gibt den geteilten Laserstrahl als Messlicht und Referenzlicht aus. Konkreter teilt die Teilungseinheit 103 das Abtastlicht, das der von der Durchstimmeinheit 102 emittierte Laserstrahl ist, und gibt Laserstrahlen, die geteilt wurden, als das Messlicht und das Referenzlicht aus.
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Die Messlichtteilungseinheit 104 teilt das von der Teilungseinheit 103 ausgegebene Messlicht und gibt die geteilten Strahlen von Messlicht als erstes Messlicht und zweites Messlicht aus. Konkret umfasst die Messlichtteilungseinheit 104 einen polarisierenden Strahlteiler (Polarizing Beam Splitter, PBS) oder dergleichen, und die Messlichtteilungseinheit 104 teilt das von der Teilungseinheit 103 durch Polarisationstrennung ausgegebene Messlicht und gibt die geteilten Strahlen von Messlicht als erstes Polarisationsmesslicht, das das erste Messlicht ist, und zweites Polarisationsmesslicht, das das zweite Messlicht ist, aus. Das erste Polarisationsmesslicht und das zweite Polarisationsmesslicht sind beispielsweise linear polarisierte Lichtstrahlen mit sich wechselseitig unterscheidenden Schwingungsrichtungen.
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Der erste optische Zirkulator 121 umfasst beispielsweise einen optischen Zirkulator mit drei Anschlüssen und leitet das von der Messlichtteilungseinheit 104 ausgegebene erste Messlicht zu dem ersten optischen System 131. Konkret leitet der erste optische Zirkulator 121 das erste Polarisationsmesslicht, das das von der Messlichtteilungseinheit 104 ausgegebene erste Messlicht ist, zu dem ersten optischen System 131.
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Das erste optische System 131 emittiert das erste Messlicht zu einem Zielobjekt 20. Konkret umfasst das erste optische System 131 beispielsweise Linsen wie eine oder mehrere Übertragungslinsen oder eine oder mehrere Reflexionslinsen, und das erste optische System 131 erweitert den Lichtflussdurchmesser des von dem ersten optischen Zirkulator 121 zu dem ersten optischen System 131 geleiteten ersten Polarisationsmesslichts und emittiert das erste Polarisationsmesslicht, dessen Lichtflussdurchmesser erweitert ist, zum Zielobjekt 20.
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Das erste optische System 131 weist eine erste Rayleigh-Länge auf. Zu beachten ist, dass die Rayleigh-Länge einer der Werte ist, die eine kondensierende Eigenschaft eines optischen Systems in einem Laserstrahl angeben, und ein Wert ist, der einen Bereich einer Länge in einer Richtung vom optischen System in Richtung des Fokalpunkts, in dem der Durchmesser des vom optischen System kondensierten Laserstrahls als ausreichend klein erachtet werden kann, angibt.
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Das erste optische System 131 leitet dem ersten optischen Zirkulator 121 erstes Reflexionslicht zu, welches das erste zu dem Zielobjekt 20 emittierte und von dem Zielobjekt 20 reflektierte Polarisationsmesslicht ist.
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Der erste optische Zirkulator 121 leitet das erste Reflexionslicht zur ersten optischen Interferenzeinheit 151.
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Der zweite optische Zirkulator 122 umfasst beispielsweise einen optischen Zirkulator mit drei Anschlüssen und leitet das von der Messlichtteilungseinheit 104 ausgegebene zweite Messlicht zu dem zweiten optischen System 132. Konkret leitet der zweite optische Zirkulator 122 das zweite Polarisationsmesslicht, das das von der Messlichtteilungseinheit 104 ausgegebene zweite Messlicht ist, zu dem zweiten optischen System 132.
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Das zweite optische System 132 emittiert das zweite Messlicht zu dem Zielobjekt 20. Konkret umfasst das zweite optische System 132 beispielsweise Linsen wie eine oder mehrere Übertragungslinsen oder eine oder mehrere Reflexionslinsen, und das zweite optische System 132 erweitert den Lichtflussdurchmesser des von dem zweiten optischen Zirkulator 122 zu dem ersten optischen System 131 geleiteten ersten Polarisationsmesslichts und emittiert das zweite Polarisationsmesslicht, dessen Lichtflussdurchmesser erweitert ist, zum Zielobjekt 20.
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Das zweite optische System 132 weist eine zweite Rayleigh-Länge auf, die von der ersten Rayleigh-Länge verschieden ist.
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Das zweite optische System 132 weist eine Brennweite auf, die gleich der Brennweite des ersten optischen Systems 131 ist. Zu beachten ist, dass gleiche Brennweiten nicht auf exakt gleiche Brennweiten beschränkt sind und im Wesentlichen gleiche Brennweiten umfassen.
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Das zweite optische System 132 leitet dem zweiten optischen Zirkulator 122 zweites Reflexionslicht zu, welches das zweite zu dem Zielobjekt 20 emittierte und von dem Zielobjekt 20 reflektierte Polarisationsmesslicht ist.
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Der zweite optische Zirkulator 122 leitet das zweite Reflexionslicht zur zweiten optischen Interferenzeinheit 152.
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Die Referenzlichtteilungseinheit 105 teilt das von der Teilungseinheit 103 ausgegebene Referenzlicht und gibt die geteilten Strahlen von Referenzlicht als erstes Referenzlicht und zweites Referenzlicht aus. Konkret umfasst die Referenzlichtteilungseinheit 105 einen PBS oder dergleichen, und die Referenzlichtteilungseinheit 105 teilt das von der Teilungseinheit 103 durch Polarisationstrennung ausgegebene Referenzlicht und gibt die geteilten Strahlen von Referenzlicht als erstes Polarisationsreferenzlicht, das das erste Referenzlicht ist, und zweites Polarisationsreferenzlicht, das das zweite Referenzlicht ist, aus. Das erste Polarisationsreferenzlicht und das zweite Polarisationsreferenzlicht sind beispielsweise linear polarisierte Lichtstrahlen mit sich wechselseitig unterscheidenden Schwingungsrichtungen.
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In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Schwingungsrichtung des ersten Polarisationsmesslichts und die Schwingungsrichtung des ersten Polarisationsreferenzlichts die gleichen sind, und die Schwingungsrichtung des zweiten Polarisationsmesslichts und die Schwingungsrichtung des zweiten Polarisationsreferenzlichts sind die gleichen.
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Das von der Referenzlichtteilungseinheit 105 ausgegebene erste Referenzlicht wird zur ersten optischen Interferenzeinheit 151 geleitet.
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Das von der Referenzlichtteilungseinheit 105 ausgegebene zweite Referenzlicht wird zur zweiten optischen Interferenzeinheit 152 geleitet.
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Die Verzögerungseinstelleinheit 106 stellt eine Pfaddifferenz zwischen dem Messlicht und dem Referenzlicht, ausgegeben von der Teilungseinheit 103, ein.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Übertragungseinheit 110 die Laserlichtquelle 101, die Durchstimmeinheit 102, die Teilungseinheit 103, die Messlichtteilungseinheit 104, die Referenzlichtteilungseinheit 105, die Verzögerungseinstelleinheit 106, den ersten optischen Zirkulator 121, den zweiten optischen Zirkulator 122, das erste optische System 131 und das zweite optische System 132.
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Die erste optische Interferenzeinheit 151 interferiert das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht in ein Interferenzlicht und gibt das Interferenzlicht als erstes Interferenzlicht aus. Konkret umfasst die erste optische Interferenzeinheit 151 beispielsweise ein optisches 90-Grad-Hybrid und gibt das erste Interferenzlicht durch Kombination des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts aus.
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Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161 wandelt das erste Interferenzlicht fotoelektrisch in ein analoges Signal um und gibt das analoge Signal als ein erstes analoges Signal aus, wobei das erste analoge Signal Informationen zum ersten Interferenzlicht aufweist.
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Die erste digitale Umwandlungseinheit 171 nimmt eine A/D-Umwandlung des ersten analogen Signals in ein digitales Signal vor und gibt das digitale Signal als ein erstes Empfangssignal aus.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine erste Empfangseinheit 141 die erste optische Interferenzeinheit 151, die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161 und die erste digitale Umwandlungseinheit 171.
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Mit anderen Worten, die erste Empfangseinheit 141 empfängt das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht und gibt ein erstes Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem ersten Referenzlicht als auch dem ersten Reflexionslicht aus, wobei das erste Reflexionslicht ein reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das erste Messlicht ist.
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Die zweite optische Interferenzeinheit 152 interferiert das zweite Referenzlicht und das zweite Reflexionslicht in ein weiteres Interferenzlicht und gibt das weitere Interferenzlicht als zweites Interferenzlicht aus. Konkret umfasst die zweite optische Interferenzeinheit 152 beispielsweise ein optisches 90-Grad-Hybrid und gibt das zweite Interferenzlicht durch Kombination des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts aus.
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Die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162 wandelt das zweite Interferenzlicht fotoelektrisch in ein weiteres analoges Signal um und gibt das weitere analoge Signal als ein zweites analoges Signal mit Informationen zu dem zweiten Interferenzlicht aus.
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Die zweite digitale Umwandlungseinheit 172 führt eine A/D-Umwandlung des zweiten analogen Signals in ein weiteres digitales Signal aus und gibt das weitere digitale Signal als ein zweites Empfangssignal aus.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine zweite Empfangseinheit 142 die zweite optische Interferenzeinheit 152, die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162 und die zweite digitale Umwandlungseinheit 172.
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Mit anderen Worten, die zweite Empfangseinheit 142 empfängt das zweite Referenzlicht und zweite Reflexionslicht und gibt das zweite Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem zweiten Referenzlicht als auch dem zweiten Reflexionslicht aus, wobei das zweite Reflexionslicht ein weiteres reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das zweite Messlicht ist.
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Die Frequenzmesseinheit 181 misst für jede Frequenzkomponente die Intensität des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das erste Empfangssignal. Darüber hinaus gibt die Frequenzmesseinheit 181 für jede Frequenzkomponente erste Signalinformationen mit Informationen zur Intensität des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts aus.
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Die Frequenzmesseinheit 181 misst für jede Frequenzkomponente außerdem die Intensität des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das zweite Empfangssignal. Darüber hinaus gibt die Frequenzmesseinheit 181 für jede Frequenzkomponente zweite Signalinformationen mit Informationen zur Intensität des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts aus.
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Konkreter misst die Frequenzmesseinheit 181 beispielsweise die Intensität des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente durch Ausführung von Fourier-Transformation an dem ersten Empfangssignal. Darüber hinaus misst die Frequenzmesseinheit 181 die Intensität des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente durch Ausführung von Fourier-Transformation an dem zweiten Empfangssignal.
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Die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf entweder die ersten Signalinformationen oder die zweiten Signalinformationen, die von der Frequenzmesseinheit 181 ausgegeben wurden. Ferner gibt die Entfernungsberechnungseinheit 182 Entfernungsinformationen, die die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 angeben, berechnet von der Entfernungsberechnungseinheit 182, aus. Die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 ist beispielsweise eine Entfernung vom ersten optischen System 131 oder dem zweiten optischen System 132 zu dem Zielobjekt 20. Die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 ist nicht auf die Entfernung vom ersten optischen System 131 oder dem zweiten optischen System 132 zum Zielobjekt 20 beschränkt und kann eine Entfernung von einer Komponente, die als eine Referenz in der Übertragungseinheit 110 dient, zu dem Zielobjekt 20 sein.
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Konkret berechnet beispielsweise die Entfernungsberechnungseinheit 182 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf die ersten Signalinformationen oder die zweiten Signalinformationen, die von der Frequenzmesseinheit 181 ausgegeben wurden, anhand eines Polarisationsdiversitätsverfahrens (Polarization Diversity Method). Ferner gibt die Entfernungsberechnungseinheit 182 Entfernungsinformationen, die die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 angeben, berechnet von der Entfernungsberechnungseinheit 182, aus.
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Die Entfernungsberechnungseinheit 182 kann die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf die ersten Signalinformationen und die zweiten Signalinformationen, die von der Frequenzmesseinheit 181 ausgegeben wurden, berechnen.
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Die von der Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnete Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 ist beispielsweise die Entfernung vom ersten optischen Zirkulator 121, dem zweiten optischen Zirkulator 122, dem ersten optischen System 131 oder dem zweiten optischen System 132 zu dem Zielobjekt 20.
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Die Verzögerungseinstelleinheit 106 stellt eine Differenz zwischen der Pfadlänge des Messlichts und der Pfadlänge des Referenzlichts ein. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem die von der Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnete Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 als die Entfernung vom ersten optischen Zirkulator 121 zum Zielobjekt 20 definiert sind, jede der Pfadlängen wie folgt. Die Messlichtpfadlänge ist eine Summe aus einer Länge, die von der Teilungseinheit 103 beginnt, über die Messlichtteilungseinheit 104, über den ersten optischen Zirkulator 121 zum ersten optischen System 131, und einer Länge vom ersten optischen Zirkulator 121 zur ersten optischen Interferenzeinheit 151. Die Referenzlichtpfadlänge ist eine Länge, die von der Teilungseinheit 103 beginnt, zur ersten optischen Interferenzeinheit 151.
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Die Informationsübertragungseinheit 190 führt die Steuerung der Übertragung von Entfernungsinformationen, die die von der Entfernungsberechnungseinheit 182 ausgegebene Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 angeben, nach außen durch.
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Zu beachten ist, dass Verbindungen zwischen der Laserlichtquelle 101 und der Durchstimmeinheit 102, zwischen der Durchstimmeinheit 102 und der Teilungseinheit 103, zwischen der Teilungseinheit 103 und der Messlichtteilungseinheit 104, zwischen der Teilungseinheit 103 und der Verzögerungseinstelleinheit 106 und zwischen der Verzögerungseinstelleinheit 106 und der Messlichtteilungseinheit 104 beispielsweise durch optische Fasern realisiert werden und ein Laserstrahl über die optischen Fasern geleitet wird. Verbindungen zwischen der Messlichtteilungseinheit 104 und dem ersten optischen Zirkulator 121, zwischen dem ersten optischen Zirkulator 121 und der ersten optischen Interferenzeinheit 151, zwischen der Messlichtteilungseinheit 104 und dem zweiten optischen Zirkulator 122, zwischen dem zweiten optischen Zirkulator 122 und der zweiten optischen Interferenzeinheit 152, zwischen der Messlichtteilungseinheit 104 und der ersten optischen Interferenzeinheit 151 und zwischen der Messlichtteilungseinheit 104 und der zweiten optischen Interferenzeinheit 152 werden beispielsweise durch optische Fasern, die Polarisationserhaltungsfasern sind, die die Amplitudenrichtung einer polarisierten Welle erhalten, realisiert, und ein Laserstrahl, der polarisiertes Licht ist, wird über die optischen Fasern geleitet.
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Ein Anwendungsbeispiel der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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Die 2 und 3 sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel einer Bearbeitungseinrichtung 10 veranschaulichen, an welcher die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform angebracht ist.
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Die in 2 veranschaulichte Bearbeitungseinrichtung 10 umfasst eine Spannvorrichtung 12, einen Bearbeitungskopf 11, eine Kopfbewegungssteuerungseinheit 13 und einen Kopfbewegungsmechanismus 14.
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Ein Zielobjekt 20 ist ein Objekt, das durch Bearbeitungseinrichtung 10 zu bearbeiten ist.
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Die Spannvorrichtung 12 ist eine Aufnahmevorrichtung zum Sichern des Zielobjekts 20.
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Der Bearbeitungskopf 11 ist ein Teil zum Bearbeiten des Zielobjekts 20. Der Bearbeitungskopf 11 kann Bearbeiten in Kontakt mit dem Zielobjekt 20 ausführen oder kann Bearbeiten an dem Zielobjekt 20 in einer beim Verarbeiten des Zielobjekts 20 kontaktlosen Weise ausführen.
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Die Kopfbewegungssteuerungseinheit 13 erfasst Entfernungsinformationen, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 ausgegeben wurden, und erzeugt ein Steuerungssignal zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 11 mit Bezug auf die Spannvorrichtung 12 unter Bezugnahme auf die Entfernungsinformationen. Die Kopfbewegungssteuerungseinheit 13 gibt das erzeugte Steuerungssignal an den Kopfbewegungsmechanismus 14 aus.
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Der Kopfbewegungsmechanismus 14 empfängt das von der Kopfbewegungssteuerungseinheit 13 ausgegebene Steuerungssignal und bewegt den Bearbeitungskopf 11 mit Bezug auf die Spannvorrichtung 12 unter Bezugnahme auf das Steuerungssignal.
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Eine in 3 veranschaulichte Bearbeitungseinrichtung 10 umfasst eine Spannvorrichtung 12, einen Bearbeitungskopf 11, eine Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit 15 und einen Spannvorrichtungsbewegungsmechanismus 16.
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Da die Spannvorrichtung 12 und der Bearbeitungskopf 11 der Spannvorrichtung 12 und dem Bearbeitungskopf 11, veranschaulicht in 2, ähneln, wird deren Beschreibung weggelassen.
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Die Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit 15 erfasst Entfernungsinformationen, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 ausgegeben wurden, und erzeugt ein Steuerungssignal zum Bewegen der Spannvorrichtung 12 mit Bezug auf den Bearbeitungskopf 11 unter Bezugnahme auf die Entfernungsinformationen. Die Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit 15 gibt das erzeugte Steuerungssignal an den Spannvorrichtungsbewegungsmechanismus 16 aus.
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Der Spannvorrichtungsbewegungsmechanismus 16 empfängt das von der Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit 15 ausgegebene Steuerungssignal und bewegt die Spannvorrichtung 12 mit Bezug auf den Bearbeitungskopf 11 unter Bezugnahme auf das Steuerungssignal.
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In den 2 und 3 sind der erste optische Zirkulator 121, der zweite optische Zirkulator 122, das erste optische System 131 und das zweite optische System 132 in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 am Bearbeitungskopf 11 gesichert. Es wird davon ausgegangen, dass die Positionen, in denen der erste optische Zirkulator 121, der zweite optische Zirkulator 122, das erste optische System 131 und das zweite optische System 132 am Bearbeitungskopf 11 gesichert sind, bekannt sind. Das heißt, die Kopfbewegungssteuerungseinheit 13 oder die Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit 15 können die Entfernung zwischen dem Bearbeitungskopf 11 und dem Zielobjekt 20 unter Bezugnahme auf die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20, angegeben durch die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 ausgegebenen Entfernungsinformationen, berechnen.
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Bezug nehmend auf 4 wird ein Verfahren, in dem die Entfernungsberechnungseinheit 182 gemäß der ersten Ausführungsform die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 berechnet, beschrieben.
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4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Entfernungen zwischen der Übertragungseinheit 110 gemäß der ersten Ausführungsform und dem Zielobjekt 20 veranschaulicht.
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4A ist ein Diagramm, das als ein Beispiel veranschaulicht, dass sich das Zielobjekt 20 an einer um X1, X2 und X3 von der Übertragungseinheit 110 getrennten Position gemäß der ersten Ausführungsform befindet.
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4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem ersten Referenzlicht- und dem ersten Reflexionslichteingang in die erste optische Interferenzeinheit 151 in einem Fall, in dem die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 gemäß der ersten Ausführungsform und einem Zielobjekt 20 X2 ist, veranschaulicht. In 4B repräsentiert die horizontale Achse die verstrichene Zeit, und die vertikale Achse repräsentiert die Frequenz.
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Da der in die Teilungseinheit 103 eingehende Laserstrahl Abtastlicht ist, sind das Referenzlicht und das Messlicht, ausgegeben von der Teilungseinheit 103, und das Reflexionslicht, welches das von dem Zielobjekt 20 reflektierte Messlicht ist, Abtastlicht. Das heißt, die Frequenzen des in die erste optische Interferenzeinheit 151 eingegebene erste Referenzlicht und erste Reflexionslicht verändern sich im Laufe der Zeit, ähnlich dem Abtastlicht. In der ersten Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass der Wert der Frequenzänderung je Einheitszeit im Abtastlicht bekannt ist.
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In der ersten optischen Interferenzeinheit 151 ist das erste Reflexionslicht in Bezug auf das erste Referenzlicht in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 verzögert. Folglich ist in 4B das erste Reflexionslicht in einem Zustand veranschaulicht, in dem es in Bezug auf das erste Referenzlicht um eine Zeit ΔT2 nach rechts verschoben ist.
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Die Frequenzmesseinheit 181 misst die Intensität des ersten Interferenzlichts für jede Frequenzkomponente durch Bezugnahme auf das erste Interferenzlicht zu einem bestimmten Zeitpunkt T1.
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4C ist ein Diagramm, welches das Frequenzspektrum des ersten Interferenzlichts, gemessen durch die Frequenzmesseinheit 181 durch Bezugnahme auf ein erstes Empfangssignal zu einem bestimmten Zeitpunkt T1, veranschaulicht in 4B, darstellt. In 4C repräsentiert die horizontale Achse die Frequenz, und die vertikale Achse repräsentiert die Intensität des ersten Interferenzlichts.
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In 4C ist die Intensität des ersten Interferenzlichts in zwei Frequenzbändern erhöht. In 4C ist von den zwei Frequenzbändern, in denen die Intensität des ersten Interferenzlichts hoch ist, das Licht mit einer hohen Frequenz von Fr das erste Referenzlicht, und das Licht mit einer niedrigen Frequenz von F2 ist das erste Reflexionslicht.
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Die Frequenzmesseinheit 181 erzeugt die ersten Signalinformationen, die angeben, dass die Frequenz des ersten Referenzlichts Fr ist und dass die Frequenz des ersten Reflexionslichts F2 ist, und gibt die ersten Signalinformationen aus.
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Die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet die Zeit ΔT2, die eine Verzögerung des ersten Reflexionslichts mit Bezug auf das erste Referenzlicht ist, unter Bezugnahme auf die ersten Signalinformationen, die von der Frequenzmesseinheit 181 ausgegeben wurden, und einen bekannten Wert einer Frequenzänderung je Einheitszeit im Abtastlicht.
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Die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet X2, was die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 ist, durch Multiplizieren der berechneten Zeit ΔT2 mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit, ferner multipliziert mit 1/2.
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4D ist ein Diagramm, welches das Frequenzspektrum des ersten Interferenzlichts, gemessen durch die Frequenzmesseinheit 181 durch Bezugnahme auf ein erstes Empfangssignal zu einem bestimmten Zeitpunkt mit den Positionen des in 4A veranschaulichten Zielobjekts 20 darstellt.
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Beispielsweise ist in einem Fall, in dem die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 X1 ist, die kürzer als X2 ist, wie in 4A veranschaulicht, die Differenz zwischen der Frequenz des ersten Referenzlichts und der Frequenz des ersten Reflexionslichts klein, wie in 4D veranschaulicht. In diesem Fall ist die Zeit der Verzögerung des ersten Reflexionslichts mit Bezug auf das erste Referenzlicht, die durch die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet wird, kürzer als die Zeit ΔT2, zu welcher die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 X2 ist.
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Ferner, beispielsweise ist in einem Fall, in dem die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 X3 ist, die länger als X2 ist, wie in 4A veranschaulicht, die Differenz zwischen der Frequenz des ersten Referenzlichts und der Frequenz des ersten Reflexionslichts groß, wie in 4D veranschaulicht. In diesem Fall ist die Zeit der Verzögerung des ersten Reflexionslichts mit Bezug auf das erste Referenzlicht, die durch die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet wird, länger als die Zeit ΔT2, zu welcher die Entfernung zwischen der Übertragungseinheit 110 und dem Zielobjekt 20 X2 ist.
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Zu beachten ist, dass das Verfahren zur Berechnung der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 durch die Entfernungsberechnungseinheit 182 gemäß der ersten Ausführungsform oben mit dem Beispiel des ersten Referenzlicht- und des ersten Reflexionslichteingangs in die erste optische Interferenzeinheit 151 beschrieben wurde; das Verfahren, mit dem die Entfernungsberechnungseinheit 182 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 berechnet, ist jedoch auch für den zweiten Referenzlicht- und den zweiten Reflexionslichteingang in der zweiten optischen Interferenzeinheit 152 ähnlich, weshalb eine Beschreibung davon weggelassen wird.
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Die Entfernung, in welcher die Entfernungsberechnungseinheit 182 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 berechnen kann, befindet sich in der Nähe der Brennweite, welche die Brennweiten des ersten optischen Systems 131 und des zweiten optischen Systems 132 umfasst. Wie vorstehend beschrieben, weisen das erste optische System 131 und das zweite optische System 132 die gleichen Brennweiten auf.
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Ein Bereich, in dem die Entfernungsberechnungseinheit 182 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 berechnen kann, wenn das erste optische System 131 und das zweite optische System 132 genutzt werden, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Die nachfolgende beispielhafte Beschreibung basiert auf der Annahme, dass die zweite Rayleigh-Länge des zweiten optischen Systems 132 länger als die erste Rayleigh-Länge des ersten optischen Systems 131 ist.
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5A ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Rayleigh-Länge optischer Systeme und dem Bereich, in dem die Entfernungsberechnungseinheit 182 eine Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 berechnen kann, veranschaulicht.
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Wie in 5A veranschaulicht, erweitert sich der Bereich, über den die Entfernungsberechnungseinheit 182 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 berechnen kann, mit zunehmender Rayleigh-Länge des optischen Systems.
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Das heißt, da die zweite Rayleigh-Länge des zweiten optischen Systems 132 länger als die erste Rayleigh-Länge des ersten optischen Systems 131 ist, ist der Bereich der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20, der von der Entfernungsberechnungseinheit 182 unter Bezugnahme auf das zweite Empfangssignal, ausgegeben von der zweiten Empfangseinheit 142, breiter als der Bereich der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20, der unter Bezugnahme auf das erste Empfangssignal, ausgegeben von der ersten Empfangseinheit 141, berechnet werden kann.
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5B ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Rayleigh-Länge eines optischen Systems und der Intensität einer Reflexionswelle in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 konstant ist, veranschaulicht.
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Je länger die Rayleigh-Länge, desto kleiner der Fleckdurchmesser. Da das Zielobjekt 20 auf der Oberfläche Oberflächenrauigkeit aufweist, weist das Reflexionslicht des von dem Zielobjekt 20 reflektierten Messlichts nicht nur eine regelmäßige Reflexionskomponente, sondern auch unregelmäßige Reflexionskomponenten auf. Folglich schwächt sich das zum optischen System zurückkehrende Licht ab, wenn das Verhältnis der unregelmäßigen Reflexionskomponenten zunimmt. Der Abschwächungsbetrag des Reflexionslichts nimmt mit zunehmendem Fleckdurchmesser zu und mit abnehmendem Fleckdurchmesser ab. Das heißt, die Intensität der Reflexionswelle ist schwächer, wenn die Rayleigh-Länge länger ist, und kürzer, wenn die Rayleigh-Länge kürzer ist.
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Wie in 5B gezeigt, ist zu sehen, dass in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 konstant ist, die Intensität einer Reflexionswelle schwächer wird, wenn die Rayleigh-Länge eines optischen Systems länger wird.
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Das heißt, da die zweite Rayleigh-Länge des zweiten optischen Systems 132 länger als die erste Rayleigh-Länge des ersten optischen Systems 131 ist, die Entfernungsberechnungseinheit 182, dass die Intensität der zweiten Reflexionswelle, die in dem von der zweiten Empfangseinheit 142 ausgegebenen zweiten Empfangssignal enthalten ist, schwächer ist als die Intensität der ersten Reflexionswelle, die in dem von der ersten Empfangseinheit 141 ausgegebenen ersten Empfangssignal enthalten ist.
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5C ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen der Intensität einer Reflexionswelle und einem Fehler, enthalten in der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20, berechnet durch die Entfernungsberechnungseinheit 182, veranschaulicht.
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Wie in 5C gezeigt, ist zu sehen, dass sich in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 konstant ist, der in der von der Entfernungsberechnungseinheit 182 berechneten Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 enthaltene Fehler verringert, wenn sich die Intensität der Reflexionswelle erhöht.
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Das heißt, da die Intensität der zweiten Reflexionswelle, enthalten in dem von der zweiten Empfangseinheit 142 ausgegebenen zweiten Empfangssignal, schwächer ist als die Intensität der ersten Reflexionswelle, enthalten in dem von der ersten Empfangseinheit 141 ausgegebenen ersten Empfangssignal, ist der in der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20, berechnet von der Entfernungsberechnungseinheit 182 unter Bezugnahme auf das von der zweiten Empfangseinheit 142 ausgegebene zweite Empfangssignal, enthaltene Fehler größer als der in der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20, berechnet unter Bezugnahme auf das von der ersten Empfangseinheit 141 ausgegebene erste Empfangssignal, enthaltene Fehler.
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Wie vorstehend beschrieben, ist in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Verwendung des ersten optischen Systems 131 gemessen wird, der Messbereich enger als jener in einem Fall, in dem die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Verwendung des zweiten optischen Systems 132 gemessen wird, doch der Messfehler ist gering.
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Beispielsweise misst die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 als ein erster Schritt eine grobe Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Bezugnahme auf das zweite Empfangssignal, ausgegeben von der zweiten Empfangseinheit 142 für das Zielobjekt 20, dessen Entfernung von der Übertragungseinheit 110 unbekannt ist.
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Nachfolgend, als ein zweiter Schritt, bewegt die Bearbeitungseinrichtung 10 den Bearbeitungskopf 11 oder die Spannvorrichtung 12 unter Bezugnahme auf Entfernungsinformationen, die die grobe Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 angeben, die von der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 erfasst wurden, um eine grobe Positionsabstimmung vorzunehmen.
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Nachfolgend, als ein dritter Schritt, berechnet die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 eine exakte Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf das erste Empfangssignal, ausgegeben von der der ersten Empfangseinheit 141.
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Bezug nehmend auf 6 wird der Effekt des Messens der Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Verwendung des ersten Polarisationsmesslichts und des zweiten Polarisationsmesslichts sowie des ersten Polarisationsreferenzlichts und des zweiten Polarisationsreferenzlichts durch die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 beschrieben.
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6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Pfaden des ersten Messlichts und des zweiten Messlichts sowie des ersten Reflexionslichts und des zweiten Reflexionslichts, die das erste Messlicht beziehungsweise das Messlicht, reflektiert durch das Zielobjekt 20, sind, veranschaulicht.
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Die Oberfläche des Zielobjekts 20, emittiert mit dem ersten Messlicht und dem zweiten Messlicht, weist Oberflächenrauigkeit auf.
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Folglich enthalten, wie in 6 veranschaulicht, das erste Reflexionslicht und das zweite Reflexionslicht, die das erste Messlicht und das zweite Messlicht sind, reflektiert von der Oberfläche, nicht nur eine regelmäßige Reflexionskomponente, die in Richtung der gleichen Pfade wie jene des ersten Messlichts und des zweiten Messlichts reflektiert wurden, sondern auch unregelmäßige Reflexionskomponenten, die während gleichförmiger Ausbreitung in einem großen Winkel reflektiert wurden. Folglich weist das auf das erste optische System 131 auftreffende Reflexionslicht eine Komponente auf, die aus dem ersten Reflexionslicht resultiert, und eine Komponente, die aus dem Streulicht des zweiten Reflexionslichts resultiert, das unregelmäßig von der Oberfläche reflektiert wurde. Ähnlich weist das auf das zweite optische System 132 auftreffende Reflexionslicht eine Komponente auf, die aus dem zweiten Reflexionslicht resultiert, und eine Komponente, die aus dem Streulicht des ersten Reflexionslichts resultiert, das unregelmäßig von der Oberfläche reflektiert wurde.
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Wie vorstehend beschrieben, misst die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Verwendung des ersten Polarisationsmesslichts und des zweiten Polarisationsmesslichts, geteilt durch die Polarisationstrennung des Messlichts durch die Messlichtteilungseinheit 104, und des ersten Polarisationsreferenzlichts und des zweiten Polarisationsreferenzlichts, geteilt durch die Polarisationstrennung des Referenzlichts durch die Referenzlichtteilungseinheit 105.
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Zwei polarisierte Wellen mit unterschiedlichen Schwingungsrichtungen interferieren nicht miteinander. Folglich interferiert die aus dem Streulicht des zweiten Reflexionslichts, das auf das erste optische System 131 auftrifft, welches unregelmäßig von der Oberfläche reflektiert wurde, nicht mit der aus dem ersten Reflexionslicht in der ersten optischen Interferenzeinheit 151 resultierenden Komponente. Folglich kann die Frequenzmesseinheit 181 die Frequenz des ersten Messlichts im ersten Empfangssignal durch Bezugnahme auf die aus dem ersten Reflexionslicht resultierende Komponente exakt messen. Ähnlich interferiert die aus dem Streulicht des ersten Reflexionslichts, das auf das zweite optische System 132 auftrifft, welches unregelmäßig auf der Oberfläche reflektiert wurde, nicht mit der aus dem zweiten Reflexionslicht in der zweiten optischen Interferenzeinheit 152 resultierenden Komponente. Folglich kann die Frequenzmesseinheit 181 die Frequenz des zweiten Messlichts im zweiten Empfangssignal durch Bezugnahme auf die aus dem zweiten Reflexionslicht resultierende Komponente exakt messen.
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Im dritten Schritt, wenn die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 misst, kann eine exakte Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 unter Bezugnahme auf das erste Empfangssignal, ausgegeben von der ersten Empfangseinheit 141, und das zweite Empfangssignal, ausgegeben von der zweiten Empfangseinheit 142, berechnet werden.
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Konkreter kann beispielsweise die Frequenzmesseinheit 181 durch Bezugnahme auf ein zusammengesetztes Signal des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals für jede Frequenzkomponente die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts messen und die ersten Signalinformationen mit Informationen zu den Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts ausgeben. Die Entfernungsberechnungseinheit 182 berechnet die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf die ersten Signalinformationen, die von der Frequenzmesseinheit 181 ausgegeben wurden.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 im dritten Schritt die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 genauer berechnen.
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Ferner kann die Frequenzmesseinheit 181 im dritten Schritt beispielsweise die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente unter Bezugnahme auf das erste Empfangssignal oder das zweite Empfangssignal durch ein Polarisationsdiversitätsverfahren messen und die ersten Signalinformationen ausgeben, die die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts, die gemessen wurden, für jede Frequenzkomponente angeben.
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Beispielsweise schwankt das Polarisationsverhältnis zwischen dem ersten Polarisationsmesslicht und dem zweiten Polarisationsmesslicht in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100, den während der Ausbreitung in den optischen Fasern erzeugten Störungen, dem Material des Zielobjekts 20, dem Zustand der Oberfläche des Zielobjekts 20 usw. In einem Fall, in dem die Frequenzmesseinheit 181 die Frequenz nur unter Verwendung des ersten Empfangssignals, erzeugt durch nur eine der polarisierten Wellen, misst, gibt es Fälle, in denen die Empfangsempfindlichkeit der ersten Reflexionswelle in der ersten Empfangseinheit 141 verschlechtert wird, wenn das Polarisationsverhältnis schwankt, da die zwei polarisierten Wellen mit unterschiedlichen Schwingungsrichtungen nicht miteinander interferieren.
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Da andererseits die Summe der Intensitäten der zwei polarisierten Wellen konstant ist, selbst wenn die Intensität einer der polarisierten Wellen abnimmt, nimmt die Intensität der anderen polarisierten Welle um den Betrag der Abnahme zu.
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Folglich misst die Frequenzmesseinheit 181 die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente unter Bezugnahme auf das erste Empfangssignal oder das zweite Empfangssignal, die jeweils durch die zwei polarisierten Wellen erzeugt wurden, durch ein Polarisationsdiversitätsverfahren und gibt die ersten Signalinformationen aus, die die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts, die gemessen wurden, für jede Frequenzkomponente angeben. Mit dieser Konfiguration wird die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 im dritten Schritt resistent gegen Schwankungen im Polarisationsverhältnis zwischen dem ersten Polarisationsmesslicht und dem zweiten Polarisationsmesslicht und kann folglich die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 trotz der Schwankung des Polarisationsverhältnisses genauer berechnen.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Übertragungseinheit 110, die erste Empfangseinheit 141 und die zweite Empfangseinheit 142, wobei die Übertragungseinheit 110 umfasst: die Teilungseinheit 103, die einen Laserstrahl in Messlicht und Referenzlicht teilt und das Messlicht und das Referenzlicht ausgibt, wobei der Laserstrahl, der Eingang derTeilungseinheit 103, eine kontinuierliche Welle ist; die Messlichtteilungseinheit 104, die das Messlicht in ein erstes Messlicht und ein zweites Messlicht teilt und das erste Messlicht und das zweite Messlicht ausgibt; die Referenzlichtteilungseinheit 105, die das Referenzlicht in ein erstes Referenzlicht und ein zweites Referenzlicht teilt und das erste Referenzlicht und das zweite Referenzlicht ausgibt; das erste optische System 131 mit einer ersten Rayleigh-Länge, wobei das erste optische System 131 das erste Messlicht zu einem Zielobjekt 20 emittiert; und das zweite optische System 132 mit einer zweiten Rayleigh-Länge, die sich von der ersten Rayleigh-Länge unterscheidet, und einer Brennweite gleich der Brennweite des ersten optischen Systems 131, wobei das zweite optische System 132 das zweite Messlicht zu dem Zielobjekt 20 emittiert; wobei die erste Empfangseinheit 141 das erste Referenzlicht und erste Reflexionslicht empfängt und ein erstes Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem ersten Referenzlicht als auch dem ersten Reflexionslicht ausgibt, wobei das erste Reflexionslicht ein reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das erste Messlicht ist; und wobei die zweite Empfangseinheit 142 das zweite Referenzlicht und zweite Reflexionslicht empfängt und das zweite Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem zweiten Referenzlicht als auch dem zweiten Reflexionslicht ausgibt, wobei das zweite Reflexionslicht ein weiteres reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das zweite Messlicht ist.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 mit hoher Genauigkeit messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Darüber hinaus umfasst die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 zusätzlich zu der oben beschriebenen Konfiguration ferner: die Frequenzmesseinheit 181 für jede Frequenzkomponente, die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das erste Empfangssignal misst und die ersten Signalinformationen mit Informationen zu den Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts ausgibt, und die auch, für jede Frequenzkomponente, Intensitäten des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das zweite Empfangssignal misst und zweite Signalinformationen mit Informationen zu den Intensitäten des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts ausgibt; und die Entfernungsberechnungseinheit 182, die die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf entweder die ersten Signalinformationen oder die zweiten Signalinformationen berechnet und Entfernungsinformationen mit Informationen zur Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 ausgibt.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 mit hoher Genauigkeit messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Ferner misst die Frequenzmesseinheit 181 die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente unter Bezugnahme auf ein Signal, das durch Kombination des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals empfangen wurde, und gibt die ersten Signalinformationen aus, die die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts, die gemessen wurden, für jede Frequenzkomponente angeben.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 mit noch höherer Genauigkeit messen.
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Ferner ist die optische Entfernungsmesseinheit 100 in der oben beschriebenen Konfiguration so ausgelegt, dass die Messlichtteilungseinheit 104 das von der Teilungseinheit 103 durch Polarisationstrennung ausgegebene Messlicht teilt und das Messlicht, das geteilt wurde, als erstes Polarisationsmesslicht, das das erste Messlicht ist, und zweites Polarisationsmesslicht, das das zweite Messlicht ist, ausgibt, und die Referenzlichtteilungseinheit 105 teilt das von der Teilungseinheit 103 durch Polarisationstrennung ausgegebene Referenzlicht und gibt das Referenzlicht, das geteilt wurde, als erstes Polarisationsreferenzlicht, das das erste Referenzlicht ist, und zweites Polarisationsreferenzlicht, das das zweite Referenzlicht ist, aus.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 mit noch höherer Genauigkeit messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Ferner ist die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 in der oben beschriebenen Konfiguration so ausgelegt, dass die Frequenzmesseinheit 181 die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente auf einer Grundlage des ersten Empfangssignals oder des zweiten Empfangssignals durch ein Polarisationsdiversitätsverfahren misst und die ersten Signalinformationen ausgibt, die die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts, die gemessen wurden, für jede Frequenzkomponente angeben.
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Mit dieser Konfiguration wird die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 resistent gegen Schwankungen im Polarisationsverhältnis zwischen dem ersten Polarisationsmesslicht und dem zweiten Polarisationsmesslicht und kann folglich die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 trotz der Schwankung des Polarisationsverhältnisses mit noch höherer Genauigkeit messen.
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Darüber hinaus kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 so konfiguriert sein, dass die Übertragungseinheit 110 ferner umfasst: die Durchstimmeinheit 102, die den Laserstrahl einer Wellenlängendurchstimmung unterzieht und den Laserstrahl als ein Abtastlicht ausgibt, die Teilungseinheit 103 teilt das Abtastlicht in zwei Lichtstrahlen und gibt die zwei Lichtstrahlen als das Messlicht und das Referenzlicht aus, wobei die erste Empfangseinheit 141 umfasst: die erste optische Interferenzeinheit 151, die das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht in ein Interferenzlicht interferiert und das Interferenzlicht als erstes Interferenzlicht ausgibt; die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161, die das erste Interferenzlicht fotoelektrisch in ein analoges Signal umwandelt und das analoge Signal als erstes analoges Signal ausgibt; und die erste digitale Umwandlungseinheit 171, die eine A/D-Umwandlung des ersten analogen Signals in ein digitales Signal vornimmt und das digitale Signal als das erste Empfangssignal ausgibt, und wobei die zweite Empfangseinheit 142 umfasst: die zweite optische Interferenzeinheit 152, die das zweite Referenzlicht und das zweite Reflexionslicht in ein weiteres Interferenzlicht interferiert und das weitere Interferenzlicht als zweites Interferenzlicht ausgibt; die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162, die das zweite Interferenzlicht fotoelektrisch in ein weiteres analoges Signal umwandelt und das weitere analoge Signal als zweites analoges Signal ausgibt; und die zweite digitale Umwandlungseinheit 172, die eine A/D-Umwandlung des zweiten analogen Signals in ein weiteres digitales Signal vornimmt und das weitere digitale Signal als das zweite Empfangssignal ausgibt.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100 die Entfernung von der Übertragungseinheit 110 zum Zielobjekt 20 mit hoher Genauigkeit messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Zweite Ausführungsform
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Eine optische Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Die optische Entfernungsmessvorrichtung 100a wird durch Ersetzen der Laserlichtquelle 101 und der Durchstimmeinheit 102 in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Laserlichtquelle 101a erhalten. Ferner sind in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a die Übertragungseinheit 110, die erste Empfangseinheit 141, die zweite Empfangseinheit 142, die Frequenzmesseinheit 181 und die Entfernungsberechnungseinheit 182 in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ersetzt durch eine Übertragungseinheit 110a, eine erste Empfangseinheit 141a, eine zweite Empfangseinheit 142a, eine Frequenzmesseinheit 181a beziehungsweise eine Entfernungsberechnungseinheit 182a.
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7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptteils einer optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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Die optische Entfernungsmessvorrichtung 100a umfasst eine Laserlichtquelle 101a, eine Teilungseinheit 103a, eine Messlichtteilungseinheit 104, eine Referenzlichtteilungseinheit 105, eine Verzögerungseinstelleinheit 106, einen ersten optischen Zirkulator 121, einen zweiten optischen Zirkulator 122, ein erstes optisches System 131, ein zweites optisches System 132, eine erste Synthetisierungseinheit 153, eine zweite Synthetisierungseinheit 154, eine erste spektroskopische Einheit 155, eine zweite spektroskopische Einheit 156, eine erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a, eine zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a, eine erste digitale Umwandlungseinheit 171a, eine zweite digitale Umwandlungseinheit 172a, die Frequenzmesseinheit 181a, die Entfernungsberechnungseinheit 182a und eine Informationsübertragungseinheit 190.
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In der Konfiguration der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a sind Komponenten, die denen der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100 ähneln, durch das gleiche Symbol bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird verzichtet. Das heißt, für eine in 7 durch das gleiche Symbol wie in 1 bezeichnete Komponente wird die Beschreibung weggelassen.
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Die Laserlichtquelle 101a emittiert einen Laserstrahl, der ein kontinuierliches Licht ist. In der zweiten Ausführungsform ist die Laserlichtquelle 101a eine Lichtquelle, die eine Lichtquelle mit verstärkter spontaner Emission (Amplified Spontaneous Emission, ASE) oder dergleichen umfasst und einen Laserstrahl mit einer Vielzahl von Frequenzen emittiert.
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Die Laserlichtquelle 101a ist in der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform keine essentielle Komponente. Beispielsweise kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100a durch Empfangen eines Laserstrahls, der von einer externen Laserstrahlerzeugungsvorrichtung, welche die Laserlichtquelle 101a umfasst, emittiert wird, betrieben werden.
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Die Teilungseinheit 103a umfasst einen optischen Koppler oder dergleichen, teilt den Laserstrahl einer dort eingegebenen kontinuierlichen Welle und gibt den geteilten Laserstrahl als Messlicht und Referenzlicht aus. Konkreter teilt die Teilungseinheit 103a den Laserstrahl mit der Vielzahl von Frequenzen, der von der Laserlichtquelle 101a emittiert wurde, und gibt den Laserstrahl, der geteilt wurde, als Messlicht und Referenzlicht aus.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Übertragungseinheit 110a die Laserlichtquelle 101a, die Teilungseinheit 103a, die Messlichtteilungseinheit 104, die Referenzlichtteilungseinheit 105, die Verzögerungseinstelleinheit 106, den ersten optischen Zirkulator 121, den zweiten optischen Zirkulator 122, das erste optische System 131 und das zweite optische System 132.
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Die erste Synthetisierungseinheit 153 umfasst einen optischen Koppler oder dergleichen, kombiniert das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht in einen Synthetisierungsstrahl und gibt den Synthetisierungsstrahl als erstes synthetisiertes Licht aus.
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Die erste spektroskopische Einheit 155 umfasst ein Beugungsgitter oder dergleichen, dispergiert das erste synthetisierte Licht räumlich-spektral in einen dispergierenden Strahl und emittiert den dispergierenden Strahl als erstes Spektrallicht. Das erste synthetisierte Licht ist der Ausgang der ersten Synthetisierungseinheit 153.
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Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a weist in einem Array angeordnete fotoelektrische Elemente auf. Die fotoelektrischen Elemente empfangen das von der ersten spektroskopischen Einheit 155 emittierte erste Spektrallicht. Jedes der fotoelektrischen Elemente ist in einer Position platziert, in der ein entsprechendes Spektrum von der ersten spektroskopischen Einheit 155 emittiert wird. Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a gibt ein erstes analoges Signal mit Informationen zur Intensität des ersten synthetisierten Lichts aus.
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Die erste digitale Umwandlungseinheit 171a nimmt eine A/D-Umwandlung des ersten analogen Signals in ein digitales Signal vor und gibt das digitale Signal als ein erstes Empfangssignal aus.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die erste Empfangseinheit 141a die erste Synthetisierungseinheit 153, die erste spektroskopische Einheit 155, die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a und die erste digitale Umwandlungseinheit 171a.
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Mit anderen Worten, die erste Empfangseinheit 141a empfängt das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht und gibt das erste Empfangssignal aus, das das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht angibt. Das erste Reflexionslicht ist ein reflektiertes Licht, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das erste Messlicht ist.
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Die zweite Synthetisierungseinheit 154 umfasst einen optischen Koppler oder dergleichen, kombiniert das zweite Referenzlicht und das zweite Reflexionslicht in einen weiteren Synthetisierungsstrahl und gibt den weiteren Synthetisierungsstrahl als zweites synthetisiertes Licht aus.
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Die zweite spektroskopische Einheit 156 umfasst ein Beugungsgitter oder dergleichen, dispergiert das zweite synthetisierte Licht räumlich-spektral in einen weiteren dispergierenden Strahl und emittiert den dispergierenden Strahl als zweites Spektrallicht. Das zweite synthetisierte Licht ist der Ausgang der zweiten Synthetisierungseinheit 154.
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Die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a weist weitere in einem Array angeordnete fotoelektrische Elemente auf. Die weiteren fotoelektrischen Elemente empfangen das von der zweiten spektroskopischen Einheit 156 emittierte zweite Spektrallicht. Jedes der weiteren fotoelektrischen Elemente ist in einer Position platziert, in der ein entsprechendes Spektrum von der zweiten spektroskopischen Einheit 156 emittiert wird. Die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a gibt ein zweites analoges Signal mit Informationen zur Intensität des zweiten synthetisierten Lichts aus.
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Die zweite digitale Umwandlungseinheit 172a führt eine A/D-Umwandlung des zweiten analogen Signals in ein weiteres digitales Signal aus und gibt das weitere digitale Signal als ein zweites Empfangssignal aus.
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In der optischen Entfernungsmessvorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die zweite Empfangseinheit 142a die zweite Synthetisierungseinheit 154, die zweite spektroskopische Einheit 156, die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a und die zweite digitale Umwandlungseinheit 172a.
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Mit anderen Worten, die zweite Empfangseinheit 142a empfängt das zweite Referenzlicht und das zweite Reflexionslicht und gibt das zweite Empfangssignal aus, das Informationen sowohl zum zweiten Referenzlicht als auch zum zweiten Reflexionslicht aufweist. Das zweite Reflexionslicht ist ein weiteres reflektiertes Licht, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das zweite Messlicht ist.
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Die Frequenzmesseinheit 181a misst für jede Frequenzkomponente die Intensität des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das erste Empfangssignal. Darüber hinaus gibt die Frequenzmesseinheit 181a für jede Frequenzkomponente erste Signalinformationen mit Informationen zur Intensität des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts aus.
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Die Frequenzmesseinheit 181a misst für jede Frequenzkomponente außerdem die Intensität des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts durch Bezugnahme auf das zweite Empfangssignal. Darüber hinaus gibt die Frequenzmesseinheit 181a für jede Frequenzkomponente zweite Signalinformationen mit Informationen zur Intensität des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts aus.
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Konkreter misst die Frequenzmesseinheit 181a beispielsweise die Intensitäten des ersten Referenzlichts und des ersten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente durch Bezugnahme auf Informationen, in denen die Frequenz der Position jedes der im Array in der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 161a angeordneten fotoelektrischen Elemente zugeordnet ist, und Informationen, die die Intensität des ersten synthetisierten Lichts im ersten Empfangssignal in Verbindung mit der Position jedes der im Array angeordneten fotoelektrischen Elemente angeben. Zu beachten ist, dass davon ausgegangen wird, dass die Informationen, in denen die Frequenz der Position jedes der im Array in der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 161a angeordneten fotoelektrischen Elemente zugeordnet ist, bekannt sind. Ähnlich misst die Frequenzmesseinheit 181a beispielsweise die Intensitäten des zweiten Referenzlichts und des zweiten Reflexionslichts für jede Frequenzkomponente durch Bezugnahme auf Informationen, in denen die Frequenz der Position jedes der im Array in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 162a angeordneten fotoelektrischen Elemente zugeordnet ist, und Informationen, die die Intensität des zweiten synthetisierten Lichts im zweiten Empfangssignal in Verbindung mit der Position jedes der im Array angeordneten fotoelektrischen Elemente angeben. Zu beachten ist, dass davon ausgegangen wird, dass die Informationen, in denen die Frequenz der Position jedes der im Array in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 162a angeordneten fotoelektrischen Elemente zugeordnet ist, bekannt sind.
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Die Entfernungsberechnungseinheit 182a berechnet die Entfernung von der Übertragungseinheit 110a zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf entweder die ersten Signalinformationen oder die zweiten Signalinformationen, die beide ein Ausgang der Frequenzmesseinheit 181a sind. Ferner gibt die Entfernungsberechnungseinheit 182a Entfernungsinformationen, das berechnete Ergebnis, das die Entfernung von der Übertragungseinheit 110a zum Zielobjekt 20 angibt, aus.
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Konkreter berechnet die Entfernungsberechnungseinheit 182a die Entfernung von der Übertragungseinheit 110a zu dem Zielobjekt 20 durch Bezugnahme auf entweder die ersten Signalinformationen oder die zweiten Signalinformationen anhand eines Verfahrens ähnlich einer optischen Kohärenztomografie, basierend auf einer Spektraldomäneninterferometrie, die eine bekannte Technologie ist. Da das Entfernungsmessverfahren unter Verwendung einer optischen Kohärenztomografie, basierend auf einer Spektraldomäneninterferometrie, bekannt ist, wird auf dessen Beschreibung verzichtet.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst die optische Entfernungsmessvorrichtung 100a: die Übertragungseinheit 110a, umfassend: die Teilungseinheit 103a zum Teilen eines Laserstrahls in Messlicht und Referenzlicht und Ausgeben des Messlichts und des Referenzlichts, wobei der Laserstrahl, der Eingang der Teilungseinheit 103a, eine kontinuierliche Welle mit einer Vielzahl von Frequenzen ist; die Messlichtteilungseinheit 104, die das Messlicht in ein erstes Messlicht und ein zweites Messlicht teilt und das erste Messlicht und das zweite Messlicht ausgibt; die Referenzlichtteilungseinheit 105, die das Referenzlicht in ein erstes Referenzlicht und ein zweites Referenzlicht teilt und das erste Referenzlicht und das zweite Referenzlicht ausgibt; das erste optische System 131 mit einer ersten Rayleigh-Länge, wobei das erste optische System 131 das erste Messlicht zu einem Zielobjekt 20 emittiert; und das zweite optische System 132 mit einer zweiten Rayleigh-Länge, die sich von der ersten Rayleigh-Länge unterscheidet, und einer Brennweite gleich der Brennweite des ersten optischen Systems 131, wobei das zweite optische System 132 das zweite Messlicht zu dem Zielobjekt 20 emittiert; wobei die erste Empfangseinheit 141a das erste Referenzlicht und erste Reflexionslicht empfängt und ein erstes Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem ersten Referenzlicht als auch dem ersten Reflexionslicht ausgibt, wobei das erste Reflexionslicht ein reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das erste Messlicht ist; und wobei die zweite Empfangseinheit 142a das zweite Referenzlicht und zweite Reflexionslicht empfängt und das zweite Empfangssignal mit Informationen sowohl zu dem zweiten Referenzlicht als auch dem zweiten Reflexionslicht ausgibt, wobei das zweite Reflexionslicht ein weiteres reflektiertes Licht ist, das am Zielobjekt 20 reflektiert wird und ursprünglich das zweite Messlicht ist, wobei die erste Empfangseinheit 141a umfasst: die erste Synthetisierungseinheit 153, die das erste Referenzlicht und das erste Reflexionslicht in einen Synthetisierungsstrahl kombiniert und den Synthetisierungsstrahl als erstes synthetisiertes Licht ausgibt; die erste spektroskopische Einheit 155, die das erste synthetisierte Licht räumlich-spektral in einen dispergierenden Strahl dispergiert und den dispergierenden Strahl als erstes Spektrallicht emittiert; und die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a mit fotoelektrischen Elementen, die in einem Array angeordnet sind, wobei die fotoelektrischen Elemente das erste Spektrallicht empfangen, wobei jedes der fotoelektrischen Elemente in einer Position ist, in der ein entsprechendes Spektrum von der ersten spektroskopischen Einheit 155 emittiert wird, wobei die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 161a Informationen zur Intensität des ersten synthetisierten Lichts als das erste Empfangssignal ausgibt, und die zweite Empfangseinheit 142a umfasst: die zweite Synthetisierungseinheit 154, die das zweite Referenzlicht und das zweite Reflexionslicht in einen weiteren Synthetisierungsstrahl kombiniert und den weiteren Synthetisierungsstrahl als zweites synthetisiertes Licht ausgibt; die zweite spektroskopische Einheit 156, die das zweite synthetisierte Licht räumlich-spektral in einen weiteren dispergierenden Strahl dispergiert und den weiteren dispergierenden Strahl als zweites Spektrallicht emittiert; und die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a mit weiteren fotoelektrischen Elementen, die in einem Array angeordnet sind, wobei die weiteren fotoelektrischen Elemente das zweite Spektrallicht empfangen, wobei jedes der weiteren fotoelektrischen Elemente in einer Position ist, in der ein entsprechendes Spektrum von der zweiten spektroskopischen Einheit 156 emittiert wird, wobei die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 162a Informationen zur Intensität des zweiten synthetisierten Lichts als das zweite Empfangssignal ausgibt.
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Mit dieser Konfiguration kann die optische Entfernungsmessvorrichtung 100a die Entfernung von der Übertragungseinheit 110a zum Zielobjekt 20 mit hoher Genauigkeit messen, während der Entfernungsmessbereich verbreitert wird.
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Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung eine flexible Kombination der Ausführungsformen, eine Modifikation jeder Komponente der Ausführungsformen oder einen Verzicht auf Komponenten in den Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung umfassen kann.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Eine optische Entfernungsmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf eine Bearbeitungseinrichtung anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bearbeitungseinrichtung,
- 11
- Spannvorrichtung,
- 12
- Bearbeitungskopf,
- 13
- Bearbeitungskopf-Bewegungssteuerungseinheit,
- 14
- Bearbeitungskopf-Bewegungsmechanismus,
- 15
- Spannvorrichtung-Bewegungssteuerungseinheit,
- 16
- Spannvorrichtungsbewegungsmechanismus,
- 20
- Zielobjekt,
- 100, 100a
- optische Entfernungsmessvorrichtung,
- 101
- Laserlichtquelle,
- 101a
- Laserlichtquelle,
- 102
- Durchstimmeinheit,
- 103, 103a
- Teilungseinheit,
- 104
- Messlichtteilungseinheit,
- 105
- Referenzlichtteilungseinheit,
- 106
- Verzögerungseinstelleinheit,
- 110, 110a
- Übertragungseinheit,
- 121
- erster optischer Zirkulator,
- 122
- zweiter optischer Zirkulator,
- 131
- erstes optisches System,
- 132
- zweites optisches System,
- 141, 141a
- erste Empfangseinheit,
- 142, 142a
- zweite Empfangseinheit,
- 151
- erste optische Interferenzeinheit,
- 152
- zweite optische Interferenzeinheit,
- 153
- erste Synthetisierungseinheit,
- 154
- zweite Synthetisierungseinheit,
- 155
- erste spektroskopische Einheit,
- 156
- zweite spektroskopische Einheit,
- 161, 161a
- erste fotoelektrische Umwandlungseinheit,
- 162, 162a
- zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit,
- 171, 171a
- erste digitale Umwandlungseinheit,
- 172, 172a
- zweite digitale Umwandlungseinheit,
- 181, 181a
- Frequenzmesseinheit,
- 182, 182a
- Entfernungsberechnungseinheit,
- 190
- Informationsübertragungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Masamitsu Haruna, „Hikari coherence tomography (OCT)“, [online], 2010, MEDICAL PHOTONICS, [recherchiert am 4. Februar 2019] [0007]
