CN112014852B 测量装置和测量方法 （株式会社三丰）

JP2019045200A,2019WO2008072481A1,2008.06.生成部件150，其通过混合参考光和通过将测量光照射到待测对象10上而反射的反射光来生成于激光谐振器的谐振频率的四倍的频率对所述差拍信号进行采样来将所述多个差拍信号转换数字信号计算从所述测量装置100到所述待测对2激光装置，具有激光谐振器并输出具有多种模式的调频激光束，所分支部件，将由所述激光装置输出的调频激光束的一部分差拍信号生成部件，通过混合所述参考光和通过将所述测转换部件，通过以大于或等于激光谐振器的谐振频率的四倍的频率计算部件，基于所述数字信号，通过对从多个差拍信号通过对多个差拍信号的频率位置进行平均，来计算从所述测量装置到所述待测对象的距划分部件，将由频率转换部件转换的频率信息划距离计算部件，基于检测到的所述多个差拍信号的频率位置，计算划分部件，将由所述频率转换部件转换的频率信积分部件，将多条划分的频率信息转换为与一个预定频带对距离计算部件，基于检测到的差拍信号的频率位置，计算从所所述积分部件将多条划分的频率信息中的最低频率的第一频带设置为所述一个对应的频带，向低频方向移位k-1条频率信息以通过从第k频带的频率中减去(k-1)×vc来转换3提取部件，提取叠加在从激光装置输出的调频激光束上、并与激光于所述信号分量生成具有大于或等于激光谐振器的谐振频率的四倍的频从具有激光谐振器的激光装置输出具有多种模式的调频激光束，所述激将所述调频激光束的一部分分支为参考光，并且将所述调频通过混合所述参考光和通过将所述测量光照射到待测对象上而反射的反射光来生成通过以大于或等于激光谐振器的谐振频率的四倍的频率对所述差拍信号进行采样来基于所述数字信号，通过对从多个差拍信号计算的多个距离进行4模(longitudinal-mode)激光的频移反馈激光器(frequency-shiftedfeedbacklaser，FSFL)。此外，已知一种使用这种FSFL的光学测距仪(例如，参见专利文献1:日本专利第3583906号的说明书，以及非专利文献1:“DistanceSensingbyFSFLaserandIts[0004]使用频移反馈激光器(FSFL)的光学测距仪可以以非接触方式获取大量的三维信5分部件可以将多条划分的频率信息中的最低频率的第一频带设置为所述一个对应的频带，向低频方向移位k-1条频率信息以通过从第k频带的频率中减去(k-1)×vc来转换为第一频为参考频率，并输出具有大于或等于所述参考频率的四倍的频率的频率信号作为时钟信[0016]本发明的第二方面提供了一种用于测量到待测对象的距离的测量装置的测量方[0022]图4示出了以下两者之间的关系的示例：(i)由根据本实施例的测量装置100检测[0024]图6示出了根据本实施例的差拍信号生成部件150和转换部件160进行的正交检测6[0026]图8示出了设置在根据本实施例的测量装置100中的转换部件160和计算部件170[0027]图9示出了设置在根据本实施例的测量装置100中的转换部件160和计算部件170[0030]图1示出了根据本实施例的测量装置100的配置示例以及待测对象10。测量装置射到待测对象10上的激光束的位置来测量待测对象10的三维形状。测量装置100包括激光在谐振器中设有频移器，并输出其振荡频率随着时间的推移而线性变化的多个纵模激光。[0032]分支部件120将从激光装置110输出的调频激光束分支，将其一部件分支为参考[0034]光学头部件140将从光环形器130输入的光朝向待测对象10照射。光学头部件140[0035]此外，光学头部件140接收照射到待测对象10上的测量光的反射光。光学头部件象10的表面上反射的反射光的至少一部分。光学头部件140使用聚光透镜将接收到的反射7取决于与传播距离的差相对应的传播延迟的频率差。差拍信号生成部件150生成与这种频率被定义为νB。[0040]计算部件170基于转换部件160的转换结果来检测参考光和测量光之间的传播距[0041]显示部件180显示计算部件170的计算结果。显示部件180可以包括显示器等来显[0042]上述的测量装置100可以通过分析照射到待测对象10上的测量光的反射光与参考[0044]图2示出了根据本实施例的激光装置110的配置示例。图2的激光装置110示出了增加νs。[0047]也就是说，图2所示的激光装置110包含在谐振器中具有频移器112的光纤环形激谐振器中的预定波段(wavelengthband)的光通过的光学带通滤波器。下面将描述从激光8[0048]图3示出了从根据本实施例的激光装置110输出的激光束的示例。图3在左侧示出RT(＝1/νc)表示光围绕谐振器传播的时间，多个纵模以1/τRT(=谐振频率νc。[0056]根据本实施例的测量装置100通过使用输出由等式2表示的频率元素的激光装置110来测量光学头部件140与待测对象10之间的距离d。假设参考光和反射光之间的光程差qq9[0070]图4示出了由根据本实施例的测量装置100检测到的差拍信号的频率与光学头部每一个中的多个纵模以近似恒定的频率间隔νc进行布置，因此具有相等的m值的多个差拍率变为νc/2。νBB[0074]图5示出了根据本实施例的差拍信号生成部件150和转换部件160的配置示例。差[0075]光学90度混合器152分别将输入的反射光和输入的参考光分支成两部分。光学90度混合器152利用光耦合器等将分支后的反射光之一与分支后的参考光之一复用以生成第一差拍信号。光学90度混合器152利用光耦合器等将另一分支后的反射光与另一分支后的的参考光之一进行复用，并且将分支后的反射光与由另一分支后的参考光穿过π/2波长板差拍信号作为I信号并且使用第二差拍信号作为Q信号执行频率分析的示例。转换部件160[0078]第一滤波器部件162和第二滤波器部件164减少与用户等想要分析的频带不同的二滤波器部件164是例如使得频率等于或小于νc的信号分量通过的低通滤波器。在这种情况下，第一滤波器部件162将通过减少具有比频率νc高的频率的信号分量而获得的第一差拍信号提供给第一AD转换器202。此外，第二滤波器部件频率的信号分量而获得的第二差拍信号提供给第二AD转因此，时钟信号提供部件210将频率大于或等于激光谐振器的谐振频率vc的两倍的时钟信率分析部件220对第一差拍信号和第二差拍信号执行数字傅里叶转换(digitalFourier描述差拍信号生成部件150中的正交检测和转换部件160中的[0082]图6示出了根据本实施例的差拍信号生成部件150和转换部件160的正交检测的概B[0085]根据频率分析部件220的频率分析结果，对于在频率0和vc之间的频带中的频率νBνB由于vc和νs是基于在激光装置110中使用的分量而确定的频率，因此vc和νs可的vc和νs来计算距离d。换部件156之类的光接收设备中以及诸如差拍信号生成部件150和转换部件160之类的测量[0089]根据本实施例的测量装置100扩展用于差拍信号的观测频带，以测量在多个不同νB将第k频带中的差拍信号的频率定义为νBk。[0091]当测量装置100观测到从第一差拍信号到第k差拍信号的k个差拍信号时，观测频的噪声小到可以忽略的情况下，第k差拍信号的频率ν[0095]图8示出了设置在根据本实施例的测量装置100中的转换部件160和计算部件170的转换部件160和计算部件170被配置使得测量装置100具有2×νc或更大的观测频带。[0096]转换部件160以大于或等于激光谐振器的谐振频率vc的四倍的频率采样多个差拍振器的谐振频率vc的四倍的频率的时钟信号提供给第一AD转换器202和第二AD转换器204。信号是包括多个差拍信号和多个图像信号的数字信号。由于转换部件160以大于或等于激光谐振器的谐振频率vc的四倍的频率采样多个差拍信号，并将差拍信号转换为数字信号，获得包括距离d的四个或更多个测量结果的数[0100]划分部件172将由频率转换部件310转换的频率信息划分为与具有预定带宽的多频率信息。第一频率信息包括(i)由划分之前的频率信息指示的信号频率的一部分和(ii)与该信号频率相对应的信号电平。第二频率信息包括(i)由划分之前的频率信息指示的信号频率的其余部分和(ii)与该信号频率的该其余部分相对应的信号电平。由划分部件172执行的划分对应于创建上述第一频率信息和时钟信号提供部件210输出的时钟信号的频率是2f，则划分部件172根据整数k来划分频率c/vc以下的最大整数。[0102]检测部件174针对多条划分后的频率信息中的每一条检测差拍信号的频率位置。检测部件174检测例如各个频带中的信号电平最大化的频率位置，并将检测出的频率位置距离d1对应于频率νB1。另外，距离计算部件176计算与通过从频率νB2减去vc而得到的频率等中生成的电噪声被叠加在电信号上，由于平均了多个距离d的测量结果，因此测量装置[0107]在根据本实施例的测量装置100中，已经描述了计算部件170对多个距离d的计算[0110]在根据本实施例的测量装置100中，上面已经描述了计算部件170对距离d的计算[0112]图9示出了设置在根据本实施例的测量装置100中的转换部件160和计算部件170的变型示例。由于图9中所示的转换部件160和计算部件170具有与图7中描述的转换部件[0113]划分部件172将由频率转换部件310转换的频率信息划分为与具有预定带宽的多[0114]积分部件178将多条划分后的频率信息转换为与一个预定频带对应的频率信息。以第一频带作为预定频带，积分部件178例如将多条划分后的频率信息转换为与该第一频[0115]然后，针对每个频率，积分部件178对多条划分后的频率信息的信号电平进行积率νB。[0118]上述根据本实施例的测量装置100基于多个观测到的差拍信号来平均或叠加信号执行平均处理的操作和(ii)其中执行平均处理的操供的时钟信号的频率。设置转换部件160以能够在频率分析部件220和频率转换部件310之第一AD转换器202和第二AD转换器204提供具有大于或等于激光谐振器的谐振频率vc的四或等于激光谐振器的谐振频率vc的四倍的频率的时钟信号提供给转换部件160的第一AD转[0122]图10示出了根据本实施例的测量装置100的变型示例以及待测对象10。在这种情束的电信号包括谐振频率vc的信号分量。提取[0124]提取部件320包括例如光电转换部件和滤波器部件。光电转换部件将从激光装置[0125]在这种情况下，时钟信号提供部件210基于接收到的信号分量来生成具有大于或等于激光谐振器的谐振频率vc的四倍的频率的时钟信号。时钟信号提供部件210例如可以信号分量的频率作为参考频率并且输出具有大于或等于该参考频率的四倍的频率的频率[0126]优选地，设置在根据本实施例的测量装置100中的转换部件160和计算部件170的基本输入输出系统(BIOS)等的只读存储器(ROM)，以及用作工作区的随机存取存储器如硬盘驱动器(HDD)和/或固态驱动器(SSD)[0128]控制单元是诸如CPU之类的处理器，并且通过执行存储在存储单元中的程序而用