(57)【要約】      （修正有）【課題】光干渉測定装置および方法における、適用範囲の拡大、測定精度の向上、信頼度の向上を実現する装置及び方法を提供する。【解決手段】光源１からでた出発ビーム３を測定ビーム４と参照ビーム５とに分割するビームスプリッタ２と、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器６と、第２の検出器１３が設けられ、分割された第１の部分受信ビーム４１ｂが第１の検出器６の検出面上で第１の部分参照ビーム５１と重ね合わされ、第２の部分受信ビーム４２ｂが第２の検出器１３の検出面上で第２の部分参照ビーム５２と重ね合わされ光干渉が作り出される。第１の検出器６と第２の検出器１３の測定信号を評価するために双方の検出器の測定信号をダイバーシティ受信方式で評価する。【選択図】図１
2014013238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発ビーム（３）を発生させる光源（１）と、出発ビーム（３）を測定ビーム（４）と参照ビーム（５）とに分割するビームスプリッタ（２）と、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器（６）とを含んでいる、物体（１０）の光干渉測定を行なう装置であって、
光学的重ね合わせ手段と第１の検出器（６）とは互いに連携するように構成され、物体によって少なくとも部分的に反射された受信ビーム（４ｂ）となった測定ビーム（４）と前記参照ビーム（５）とが第１の検出器（６）の少なくとも１つの検出面上で少なくとも部分的に重ね合わされるように構成され、
前記ビームスプリッタは、前記出発ビーム（３）を、測定ビーム（４）と第１の部分参照ビーム（５１）と少なくとも１つの第２の部分参照ビーム（５２）とに分割するとともに、前記受信ビーム（４ｂ）を、第１の部分受信ビーム（４１ｂ）と少なくとも１つの第２の部分受信ビーム（４２ｂ）とに分割するように構成され、
少なくとも１つの第２の検出器（１３）が設けられ、これにより、前記第１の部分受信ビーム（４１ｂ）が前記第１の検出器（６）の検出面上で前記第１の部分参照ビーム（５１）と重ね合わされ、前記第２の部分受信ビーム（４２ｂ）が前記第２の検出器（１３）の検出面上で前記第２の部分参照ビーム（５２）と重ね合わされ、それぞれにおいて、光干渉が作り出され、
前記第１の検出器（６）および第２の検出器（１３）の測定信号を評価するために双方の検出器の測定信号をダイバーシティ受信方式で評価するように構成された評価ユニットを備えられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つのビームスプリトデバイスを含み、前記ビームスプリトデバイスは、前記受信ビーム（４ｂ）と前記第１部分受信ビーム（４１ｂ）と第２の部分受信ビーム（４２ｂ）のいずれかまたはそのすべてのビーム経路に配置され、前記第１の検出器（６）および第２の検出器（１３）により、前記受信ビーム（４ｂ）における、異なる偏光成分と異なるビーム断面成分と異なるモードのいずれかまたはそのすべてが評価されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビームスプリッタは偏光手段（１２）を含み、前記偏光手段は、前記第１の検出器（６）および第２の検出器（１３）により、受信ビーム（４ｂ）の互いに直交する偏光成分、とくに互いに垂直をなす直線偏光成分または互いに反対向きの円偏光成分が評価されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記偏光手段（１２）は偏光ビームスプリッタを含み、この偏光ビームスプリッタが前記受信ビーム（４ｂ）のビーム経路に配置されることで、前記受信ビームは前記第１の部分受信ビーム（４１ｂ）と前記第２の部分受信ビーム（４２ｂ）とに分割され、これら第１部分受信ビームと第２の部分受信ビームとは前記受信ビームの異なる偏光成分を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記偏光ビームスプリッタがさらに前記参照ビーム（５）のビーム経路にも配置されることで、前記偏光ビームスプリッタによって前記参照ビームは前記第１部分参照ビーム（５１）と第２の部分参照ビーム（５２）とに分割されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
コリメートされた送信ビーム（４ａ）及び前記受信ビーム（４ｂ）のビーム軸は、少なくともこの装置のビーム放射口と物体（１０）の間で互いに平行かつ重ね合っていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
コリメートされた送信ビーム（４ａ）および前記受信ビーム（４ｂ）のビーム軸は、少なくともこの装置のビーム放射口と物体（１０）の間で互いに空間的に切り離されて並列し、好ましくは平行に並列していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の検出器および第２の検出器の測定データから、好ましくは、特に前記第１の検出器（６）および第２の検出器（１３）の測定信号の信号強度に応じた重みづけによる前記第１の検出器および第２の検出器の測定信号の加重加算によって、統合された出力信号を生成するように構成された信号処理ユニットを含んでいることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
測定ビームおよび受信ビームのビーム経路に送信／受信レンズが配置されて、特に、送信ビームおよび受信ビームのビーム軸は平行かつ空間的に切り離されて前記送信／受信レンズのアパーチャを貫通し、測定ビームまたは受信ビームあるいはその両方のビームのビーム強度断面は、好ましくは両方のビームによって前記送信／受信レンズのアパーチャが最大限に利用されるような形状に形成され、測定ビームまたは受信ビームあるいはその両方のビーム、好ましくは両方のビームのビーム強度断面は、軸比１：１．５〜１：２．５の楕円状に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
物体（１０）の光干渉測定を行なう方法であって、
−  光源（１）を用いて出発ビームを発生させるステップと、
−  前記出発ビームを少なくとも１つの測定ビーム（４）と少なくとも１つの参照ビーム（５）とに分割するステップと
−  物体（１０）上の少なくとも１つの測定点に送信ビーム（４ａ）としての前記測定ビーム（４）を投射するステップと、
−  前記物体（１０）によって少なくとも部分的に反射または散乱あるいはその両方による受信ビーム（４ｂ）としての前記測定ビーム（４）を第１の検出器（６）の検出面上で前記参照ビーム（５）と重ね合わせることで、光干渉を作り出すステップと
を含んでいる方法において、
前記出発ビーム（３）は、測定ビーム（４）と、第１の部分参照ビーム（５１）と、少なくとも１つの第２の部分参照ビーム（５２）とに分割され、前記受信ビームは、第１の部分受信ビーム（４１ｂ）と、少なくとも１つの第２の部分受信ビーム（４２ｂ）とに分割され、
前記第１の部分受信ビーム（４１ｂ）は前記第１の検出器（６）の検出面上で前記第１の部分参照ビーム（５１）と重ね合わされ、前記第２の部分受信ビーム（４２ｂ）は第２の検出器（１３）の検出面上で前記第２の部分参照ビーム（５２）と重ね合わされ、それぞれにおいて、光干渉が作り出され、
前記第１の検出器（６）および第２の検出器（１３）の測定信号がダイバーシティ受信方式で評価されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記第１の検出器（６）により、前記第２の検出器（１３）に比べて、異なる偏光成分、異なるビーム断面成分、異なるモードのいずれかあるいはそれらすべてで前記受信ビームが測定されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記両方の検出器（６，１３）の測定信号の評価は、前記両方の検出器の測定信号から１つの統合された信号が形成されるように行なわれ、その際、測定信号の出力または振幅あるいはその両方に依存して、第１および第２の測定信号の加重加算が行なわれることを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の測定信号につき第１の重み係数が、前記第２の測定信号につき第２の重み係数が形成され、前記重み係数は、互いに相補的で、それぞれ、前記第１および第２の測定信号とくに前記第１および第２の測定信号の振幅に応じて設定され、その際、前記重み係数は、それぞれ、振幅の大きい方の測定信号が１００％に重みづけされ、振幅の小さい方の測定信号が０％に重みづけされるように構成されるか、あるいはその重みづけは振幅比に基づいて線形的に行なわれることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定ビームまたは受信ビームあるいはその両方のビームの偏光状態は、光学手段を用いて、前記双方の検出器（６，１３）の受信チャネルがメタリック反射物体の測定中において実質的に同一の信号強度を有するように設定され、光学遅延板を有する光学手段が使用されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出発ビームを発生させる光源と、出発ビームを測定ビームと参照ビームとに分割するビームスプリッタと、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器とを含む、物体の光干渉測定を行なう装置に関する。さらに本発明は、光源を用いて出発ビームを発生させるステップと、前記出発ビームを少なくとも１つの測定ビームと少なくとも１つの参照ビームとに分割するステップと、物体上の少なくとも１つの測定点に送信ビームとしての前記測定ビームを投射するステップと、前記物体によって少なくとも部分的に反射または散乱あるいはその両方による受信ビームとしての前記測定ビームを第１の検出器の検出面上で前記参照ビームと重ね合わせることで、光干渉を作り出すステップとを含む、物体の光干渉測定を行なう方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
物体の光干渉測定を行う装置およびそのための方法は多様な態様のものが知られている。そのようなもので、たとえば代表的な構成として、出発ビームを発生させる光源としてのレーザと、出発ビームを測定ビームと参照ビームとに分割するビームスプリッタと、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器とを備えるレーザドップラー振動計が知られている。
【０００３】
測定ビームは物体上の測定点に向けて投射され、少なくとも部分的に反射された測定ビーム（「受信ビーム」と称される）が検出器の検出面上で参照ビームと重ね合わされ、その結果生成される干渉信号の評価によって、たとえば、測定ビームの光軸方向への測定点における物体表面の動きを推定することができる。
【０００４】
その他、ヘテロダイン構造を有する装置も知られている。この場合、典型的なものでは、ブラッグセルによって、参照ビームと測定ビームの間の周波数シフトが作り出される。重ね合わされた測定ビームと参照ビームとの干渉により、実質的に双方のビームの周波数差の周波数による輝度変調が生ずる。ヘテロダイン構造の場合には、周波数差は、ブラッグセルによってもたらされた周波数シフトと物体の運動によるドップラー遷移とから生成される。ヘテロダイン構造の場合にもたらされた周波数シフトは、電子工学的に、搬送周波数として利用され、この搬送周波数は物体の速度によって周波数変調されるか、あるいは物体の距離変化によって位相変調される。この変調された搬送信号の位相復調により、物体の運動が距離座標によって再現することができる。変調された搬送信号の周波数復調により、物体の速度を再び得ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記公知の装置および方法における、適用範囲の拡大、および／または測定精度の向上、および／または信頼度の向上を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
出発ビームを発生させる光源と、出発ビームを測定ビームと参照ビームとに分割するビームスプリッタと、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器とを含む、光干渉測定装置において上記課題を解決するため、本発明では、
光学的重ね合わせ手段と第１の検出器とは互いに連携するように構成され、物体によって少なくとも部分的に反射された受信ビームとなった測定ビームと前記参照ビームとが第１の検出器の少なくとも１つの検出面上で少なくとも部分的に重ね合わされるように構成され、
前記ビームスプリッタは、前記出発ビームを、測定ビームと第１の部分参照ビームと少なくとも１つの第２の部分参照ビームとに分割するとともに、前記受信ビームを、第１の部分受信ビームと少なくとも１つの第２の部分受信ビームとに分割するように構成され、
少なくとも１つの第２の検出器が設けられ、これにより、前記第１の部分受信ビームが前記第１の検出器の検出面上で前記第１の部分参照ビームと重ね合わされ、前記第２の部分受信ビームが前記第２の検出器の検出面上で前記第２の部分参照ビームと重ね合わされ、それぞれにおいて、光干渉が作り出され、
前記第１の検出器および第２の検出器の測定信号を評価するために双方の検出器の測定信号をダイバーシティ受信方式で評価するように構成された評価ユニットが備えられている。
【０００７】
つまり、物体の光干渉測定を行なうための本発明による装置は、基本構造として、出発ビームを発生させる光源と、出発ビームを測定ビームおよび参照ビームに分割するビームスプリッタと、光学的重ね合わせ手段と、第１の検出器とを含んでいる。
その際、光学的重ね合わせ手段と第１の検出器とは互いに連携するように構成されて、物体によって少なくとも部分的に反射された（受信ビームとしての）測定ビームと第１の参照ビームとは第１の検出器の少なくとも１つの検出面上で重ね合わされる。
【０００８】
このような基本構造の点では、本発明による装置は上述した公知の干渉計と同じである。とくには、従来の技術から公知の代表的なレーザドップラー振動計はこうした基本構造を有している。
【０００９】
重要な点は、本発明による装置にあっては、出発ビームを測定ビームと、第１の部分参照ビームと、少なくとも１つの第２の部分参照ビームとに分割するビームスプリッタが形成されていると共に、受信ビームを第１の部分受信ビームと、少なくとも１つの第２の部分受信ビームとに分割するビームスプリッタが形成されていることである。したがって、上述した公知の装置とは異なり、受信ビームと参照ビームとは、それぞれ、少なくとも２本の部分ビームに分割される。
【００１０】
さらに、本発明による装置は少なくとも１つの第２の検出器を含み、第１の部分受信ビームは第１の検出器の検出面上で第１の部分参照ビームと重ね合わされ、第２の部分受信ビームは第２の検出器の検出面上で第２の部分参照ビームと重ね合わされて、それぞれ光干渉が作り出されるように構成されている。
【００１１】
本発明による装置はさらに、第１の検出器および第２の検出器の測定信号を評価する評価ユニットを有し、前記評価ユニットは双方の検出器の測定信号をダイバーシティ受信方式で評価するように構成されている。
【００１２】
本発明は、物体表面はしばしば測定ビームに影響を及ぼして、測定精度の低下あるいは測定不可すらも結果することがある、との本願出願人の知見に基づいている。
【００１３】
物体の光干渉測定装置とくに振動計の広範な適用可能性は、これらの装置が理想的と見なされる光学的反射表面を有する物体の測定に使用されるのみならず、不適かつ特に粗い表面を有する物体の測定にも使用されることによって広がってくる。測定ビームは粗い表面によって一般に拡散散乱されるため、受信ビームの強度分布はスペックル（speckle：光の斑点模様）を特徴としている。したがって、スペックルは、測定物体の表面の粗さに起因して装置からの離間距離が異なる物体点で散乱される測定ビームの位相差により、あらゆる方向に互いに無関係に、非常に相違した値の総強度が生ずるということに由来している。それゆえ、被測定表面の性状と配向次第で、非常に高い総強度が生ずることがあり、ただし、同じく、位相差に起因して非常に低い強度あるいは強度０さえも生ずることがあり得る。また、検出器の検出面上でも、位相の異なる数多くの散乱光成分の干渉によって総強度が激しく変動することになる。
【００１４】
物体上の被測定位置または速度の雑音レベルは信号強度が低下するにつれて高まるために、測定の品質はスペックルパターンに依存している。ただし、スペックルパターンは可変的であり、特に、その時々の測定点と物体の表面の向きに応じて変動する。
【００１５】
さらに、上述したスペックル間の位相差は見かけの運動として測定される。スペックル間の位相差に起因して、測定信号の強度に大きなレベルの落ち込み（いわゆる「ドロップアウト」）が生じ得るが、これは光成分が相互に完全に相殺し合うことがあるからである。こうした場合、検出器の測定信号の評価は物体の被測定表面の位置の見かけのジャンプを結果し、その際、このジャンプは使用される測定ビームの波長のおおよそ１／４に相当している。したがって、これから、たとえば評価された速度に高いピークが生ずるが、これは物体の実際の運動にはなんら対応していない。
【００１６】
さらに、測定ビームが物体上の多数の測定点を経て移動する走査式測定が実施される場合には、および／または装置の光源と物体の表面とが互いに最適に固定されていない場合には、および／または大気シュリーレン効果によって測定ビームの偏向が生ずる場合には、受信されたスペックルパターンが変化し、評価可能な信号は偽化され、特に、一時的に大きな信号レベルの落ち込みが生ずる。
【００１７】
本発明では、上述した信号レベルの落ち込みは一般に偶然的（ただしそれにもかかわらず統計的には記述可能である）に発生し、通例の測定条件であれば、僅かなパーセンテージの測定時間ないし物体表面上の被測定点に依存するにすぎないとの知見が利用される。つまり、２個以上の互いに独立した生信号が異なる時点に上述したドロップアウトを有し、これらの生信号が統計的に互いに無関係である、または少なくともほぼもしくは好ましくは実質的には統計的に互いに無関係である場合には、２本の測定チャネルにおいて同時に落ち込みが発生する確率は、各個のチャネルに関するそれの確率の積となる。この掛け合わされた確率は、個々のチャネルのそれよりも遥かに低いものとなる。したがって、このことは、上述したドロップアウトの確率が大幅に低減することができる可能性を意味している。
【００１８】
ダイバーシティ受信方式は無線伝送の技術分野では既知であり、その分野ではアンテナダイバーシティとも称される。アンテナダイバーシティでは、無線信号の受信機は少なくとも２本のアンテナを有しており、それらのアンテナの信号はそれぞれレベルまたは信号雑音比の優劣に関して評価され、この評価に基づいて一方の信号が評価のために使用される。
【００１９】
本発明は、初めて、ダイバーシティ受信方式を物体の光干渉測定に適用したのである。
【００２０】
したがって、参照ビームを第１部分参照信号と第２の部分参照信号とに分割すると共に、受信ビームを第１部分受信ビームと第２の部分受信ビームとに分割して、第１の検出器と第２の検出器の検出面上で既述したように重ね合わせることにより、アンテナダイバーシティにおける２つの受信機に対応するように、少なくとも２個の検出器の別々の測定信号が用意される。
【００２１】
本発明においても重要な点は、第１の検出器の測定データの品質と第２の検出器の測定データの品質との比較評価を可能とする品質基準に基づいて、それぞれ、双方の検出器の一方の検出器の測定信号からのみ求められた品質値もしくは双方の検出器の統合された測定信号から求められた品質値に応じた評価が行なわれ、その際、上述した統合においてそれぞれの特有の品質に応じた重みづけを設定できるということである。
【００２２】
したがって、本発明にとって重要なことは、２個の検出器による受信ビームのデータの評価が行なわれるだけでなく、双方の検出器によって受信ビームが異なる基準で評価されることである。第１の検出器により少なくとも部分的に、第２の検出器によって（少なくとも部分的に）評価された受信ビームの情報に比較して、受信ビームに含まれた別の情報が評価される。
【００２３】
本願出願人の研究により、受信ビームに含まれている情報の上述した情報分離と一方で第１の検出器への、他方で第２の検出器への対応付けは、好ましくは、以下の基準ａ）、ｂ）、ｃ）の少なくとも１つで実施される； 
【００２４】
ａ）  偏光の分離
この場合、受信ビームの異なる偏光成分は第１の検出器および第２の検出器に集束される。これは、測定すべき物体が拡散散乱表面を有する場合に、特に有利である。特に非金属表面は一般に拡散散乱面である。非金属表面で拡散散乱される光は、元の所定の偏光を喪失し、したがって、偶然的に偏光されている、ことが知られている。以下参照のこと：Ｇｏｏｄｍａｎ，Ｊｏｓｐｅｈ  Ｗ．，“Ｓｐｅｃｋｌｅ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  ｏｐｔｉｃｓ”，ｐ．４７  ｆｆ，２００７  Ｒｏｂｅｒｔｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ。
したがって、特に拡散散乱表面の場合には、偏光の分離は、第１の検出器および第２の検出器で測定信号を発生させるための低コストで実現する可能性を与える。この場合、第１の測定検出器の測定信号の信号レベルの落ち込みは第２の測定検出器の測定信号の信号レベルの落ち込みとは統計的に無関係である、または少なくとも実質的には統計的に無関係である。
【００２５】
ｂ）  空間的分離
この場合、受信ビームは、ビーム断面の第１の下位領域と第２の下位領域とに空間的に分割され、第１の下位領域は第１の検出器に転送され、第２の下位領域は第２の検出器に転送される。したがって、ビーム断面の下位領域が検出器１もしくは検出器２に転送されることによって空間的分割が行なわれる。好適な実施形態において、受信ビームは、第１の下位領域としての右側半分と第２の下位領域としての左側半分とに分割される。つまり、ビーム断面は、半分が第１の下位領域に対応付けられ、半分が第２の下位領域に対応付けられる。この実施態様においては、受信ビームの空間情報の分割が行なわれる。本願出願人の研究により、特に金属表面の場合にも、受信ビームのこうした空間的分割は、同じく、第１の検出器の信号の信号レベルの落ち込みと第２の検出器の測定信号の信号レベルの落ち込みとの所望の統計的独立性または少なくとも基本的に統計的な独立性をもたらすことが判明した。
【００２６】
ｃ）  モード分割
この場合、受信ビームの分割は、検出器１に、検出器２に比して少なくとも部分的に異なるビームモードとくにビームトランスバーサルモードが供されるように行なわれる。たとえば、検出器１には、受信ビームのガウス基本モードだけが与えられ、検出器２には、受信ビームのその他の成分とくに高いビームモードだけがガウス基本モードなしで与えられるようにすることができる。
受信ビームの異なるビームモードに関するこの分割も、第１の検出器の測定信号の信号レベルの落ち込みと第２の検出器の測定信号の信号レベルの落ち込みとは統計的に無関係である、または少なくとも近似的には統計的に無関係であることが導かれる。
【００２７】
このことから、本発明による装置によって初めて、物体の光干渉測定を行なう装置とダイバーシティ受信方式による評価とが結び付けられる。そのために、本発明による装置は少なくとも２個の検出器を有しており、それぞれの検出器で、部分受信ビームが部分参照ビームと重ね合わされる。
【００２８】
上記課題を解決するための、本発明の対象となる物体光干渉測定方法は、以下の方法ステップすなわち、
−  光源によって出発ビームを発生させるステップと、
−  出発ビームを少なくとも１つの測定ビームと少なくとも１つの参照ビームとに分割するステップと、
−  物体上の少なくとも１つの測定点に送信ビームとしての測定ビームを投射するステップと、
−  物体によって少なくとも部分的に反射および／または散乱された受信ビームとしての測定ビームを第１の検出器の検出面上で参照ビームと重ね合わせて、光干渉を作り出すステップと
を含んでいる。
【００２９】
これらのステップは、従来の技術から公知の測定方法とくに振動計測定方法において知られている。
【００３０】
本発明で重要な点は、出発ビームは、測定ビームと、第１の部分参照ビームと、少なくとも１つの第２の部分参照ビームとに分割され、受信ビームは、第１の部分受信ビームと、少なくとも１つの第２の部分受信ビームとに分割されることである。第１の部分受信ビームは第１の検出器の検出面上で第１の部分参照ビームと重ね合わされ、第２の部分受信ビームは第２の検出器の検出面上で第２の部分参照ビームと重ね合わされて、それぞれ、光干渉が作り出される。第１の検出器および第２の検出器の測定信号はダイバーシティ受信方式で評価される。
【００３１】
したがって、本発明による方法は、先に本発明による装置の説明に際して挙げた利点を備えることになる。
【００３２】
本発明による方法は、好ましくは、本発明による装置及びその装置の好適な実施形態によって実施されることを目的としている。逆に言えば、本発明による装置は、本発明による方法ないしその方法の好適な実施形態の実施を目的として構成されている。
【００３３】
本発明による方法において、特に好ましくは、受信ビームの分割は、先に述べたように、以下の基準：ａ）偏光、ｂ）空間的分割およびｃ）ビームモード分割の少なくともいずれか１つによって行なわれる。
【００３４】
装置は、受信ビームのビーム経路、および／または第１の部分受信ビームのビーム経路、および／または第２の部分受信ビームのビーム経路に配置されて、第１の検出器および第２の検出器によって、受信ビームにおける、異なる偏光成分、および／または異なる間部分、および／または異なるモードが評価可能なように構成された好ましくは少なくとも１つのビームスプリトデバイスをそなえている。
【００３５】
したがって、この好適な実施形態において、ビームスプリトデバイスにより双方のビーム成分の分離が実施され、その結果、光効率的な方法で、相応したビームの分割および、特に上述した基準のいずれか１つに基づく情報の分割が行なわれる。
【００３６】
ダイバーシティ受信方式による評価を可能とするために、光学要素によって１つ以上の部分ビームに影響を与えることは本発明の範囲に属する。したがって、たとえば、第１の参照ビームのビーム経路および／または第２の参照ビームのビーム経路に相応した光学手段たとえば偏光制御器を配置することが可能である。これは、互いに対応させられた部分参照ビームと部分受信ビームとの重ね合わせに際する干渉は、一般に、双方のビームの同種の明白な成分に関してのみ生ずるからである。たとえば、第１の部分参照ビームが所定の空間方向に直線偏光されていれば、一般に、第１の検出器により、干渉およびそれに基づく相応した測定信号の生成も、第１の部分受信ビームの同種の偏光成分に関してのみ行なうことができる。
【００３７】
したがって、第１の検出器において明白な部分受信ビームの影響付与情報内容に関する干渉を第２の検出器によって形成された干渉から区別するために、たとえば一方または双方の部分参照ビームに光学手段とくに光学フィルタによって影響を与えることは本発明の範囲に属する。ただし、第１の部分受信ビームおよび／または第２の部分受信ビームに光学手段とくに光学フィルタによって影響を与えるのが好適である。このようにして同じ結果を達成することが可能であるが、この場合、一般には、入射受信ビームの強度から出発して、第１および第２の部分受信ビームの最終的に評価に寄与する強度に比較して、強度損失の低い評価が達成される。
【００３８】
したがって、特に好適な実施形態において、受信ビームのビーム経路には、一方で受信ビームを第１の部分受信ビームと第２の部分受信ビームとに分割すると共に、さらに所望の分離を達成するとともに、さらには、受信ビームの偏光成分および／または空間成分および／またはモードに関する分離をもたらすビームスプリッタが配置される。
【００３９】
たとえば、入射ビームを偏光の相違する２本の部分ビームつまり分離された入射ビーム偏光成分を有する２本の部分ビームに分割するいわゆる偏光ビームスプリッタが知られている。こうした従来公知の偏光ビームスプリッタは、容易かつコスト的に有利な方法で、本発明による装置において、第１部分受信ビームと第２の部分受信ビームへの受信ビームの所望の分割をも実現することができる。
【００４０】
基準ａ）に基づく、つまり、偏光成分による受信ビームの分割に関する本発明による装置の形成に際し、ビームスプリッタは偏光手段を含み、この偏光手段は、第１の検出器および第２の検出器により、受信ビームの互いに直交する偏光成分が評価可能であるように構成されている。「直交偏光成分」なる名称は、この場合および以下において、任意の位相遅延板によって、好ましくは強度損失なしに、直線垂直偏光状態から生成可能なすべての偏光状態を表している。たとえば、互いに垂直をなす直線偏光成分はその種の直交偏光成分を表している。同じく、互いに反対向きの円偏光成分もその種の直交偏光成分を表している。同様に、２つの異なる楕円偏光された偏光成分も、双方の楕円偏光された成分が位相遅延板によって強度損失なしに互いに垂直をなす直線偏光成分に変換可能な限りで、直交偏光成分を表している。
【００４１】
特に、上記の偏光手段は、好ましくは、偏光ビームスプリッタを含み、この偏光ビームスプリッタが受信ビームのビーム経路に配置されることで、受信ビームは第１の部分受信ビームと第２の部分受信ビームとに分割され、かつ、第１と第２の部分受信ビームは受信ビームの異なる偏光成分、好ましくは、受信ビームの直交偏光成分を含んでいる。
【００４２】
先に既に述べたように、偏光ビームスプリッタの使用はコスト的に好都合である。
【００４３】
本発明による装置の上述した構成に際して、特に有利なのは、偏光ビームスプリッタがさらに参照ビームのビーム経路にも配置されることで、偏光ビームスプリッタによって参照ビームを第１部分参照ビームと第２の部分参照ビームとに分割することができる。
【００４４】
参照ビームならびに受信ビームの双方の分割および偏光分割に１つの偏光ビームスプリッタを使用することはコスト的に有利かつ省スペース的な実施を可能にする。特にこの実施態様においては、ビーム経路に配置されたこの１つのビームスプリッタが測定ビームと参照ビームとの正確な重ね合わせのために調整されるだけでよいので、別の構成態様に比較して、光学要素の調整は簡易化される。この場合、参照ビームは、好ましくは、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）によって（強度に関して）実質的に同一レベルの２本のビームに分割される偏光状態を有している。個々の検出器に対応した重ね合わされたビーム（対）には、測定ビームと参照ビームとの互いに垂直をなす偏光が存在している。これらのビーム（対）は、それぞれ１／２波長板とＰＢＳとによって、出力損失なしに、偏光が平行であると共に干渉性を有しかつそれらの間に１８０°の位相差が印加された干渉変調によって存在するそれぞれ一対のビームに変換することが可能である。この種のビーム対は、好適には、示差検出器で電気信号に変換可能である。
【００４５】
好ましくは、本発明による装置の上述した実施形態において、送信ビームと受信ビームとのビーム光軸は、少なくとも装置のビーム放射口と物体の間で、互いに空間的に切り離されて並列し、好ましくは平行に並列している。
【００４６】
これによって、容易な方法で、装置のビーム経路における測定ビームと受信ビームとの空間的分離が可能となる。
【００４７】
この場合、測定ビームおよび受信ビームのビーム経路に、先に述べたように、送信／受信レンズが特に光学系の要素として配置されているのが特に有利である。測定ビームおよび受信ビームのビーム軸は、平行かつ空間的に切り離されて、送信／受信レンズのアパーチャを貫通するのが好ましい。
【００４８】
この場合、アパーチャの最適利用と共に、先に述べたように、最適な光強度と最終的に測定信号の最適な信号強度を達成するために、測定ビームおよび／または受信ビーム、好ましくはその両方のビームのビーム強度断面は送信／受信レンズのアパーチャが最大限に利用されるような形状に形成されているのが有利である。これにより、この好ましい実施形態において、送信／受信レンズのアパーチャの部分領域が測定ビームまたは受信ビームによって貫通されず、あるいは僅かに貫通されるにすぎないということが回避される。この場合、測定ビームまたは受信ビーム、好ましくは双方のビームのビーム強度断面は軸比１：１．５〜１：２．５の楕円状に形成されているのが特に有利である。この有利な形成の目的は、送信／受信レンズのアパーチャを送信ビームと受信ビームとによって最大限に「満たす」ことである。これは、楕円の主軸が好ましくは互いに平行をなす２本のビームの楕円状ビーム強度断面の並列配置によって達成される。
【００４９】
本発明による装置は、好ましくは、信号処理ユニットを含み、この信号処理ユニット（評価ユニット）は、第１の検出器および第２の検出器の測定データから統合された出力信号を生成するように構成されている。
【００５０】
したがって、信号処理ユニットにより、それぞれの検出器の測定信号をダイバーシティ受信方式で評価することが可能となる。
【００５１】
先に述べたように、ダイバーシティ受信方式による測定信号の評価に際して重要な点は、第１の検出器の測定信号ならびに第２の検出器の測定信号のいずれもが一定の品質基準に基づいて評価されて、双方の品質基準に応じて、最終的に評価さるべき出力信号を表す信号が生成されることである。
【００５２】
この場合、バイナリースイッチのように、常に、品質評価の高い方の信号を評価に使用することは本発明の範囲に属する。
【００５３】
同じく、第１の検出器の測定信号と第２の検出器の測定信号とから統合された出力信号を生成し、その際、上述した品質評価に基づく重みづけが行なわれることも本発明の範囲に属する。品質信号は、好ましい実施形態において、測定信号の信号強度に応じて形成されてよいことから、信号強度の高い測定信号を有する検出器は、信号強度の低い測定信号を有する検出器に比較して、高い品質評価を得る。
【００５４】
品質評価は、好ましくは、連続的に実施される。それが、たとえば、コンピュータベースの評価ユニットによって、実際に行なわれる場合には、一般に、時間的に近接して連続した評価点での不連続的な評価が実現する。この場合、一般に、評価は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲のクロック速度で実施される。
【００５５】
第１の検出器の測定信号および第２の検出器の測定信号の品質評価は、測定信号の信号出力および／または振幅を顧慮して実施するのが特に有利である。
【００５６】
この場合、第１の測定信号につき第１の重み係数が形成され、第２の測定信号につき第２の重み係数が形成され、この重み係数は、互いに相補的で、それぞれ、第１および第２の測定信号に応じ、好ましくは、第１および第２の測定信号の振幅または第１および第２の測定信号の出力に応じて形成されるのが有利である。重み係数は、それぞれ振幅の大きい方の測定信号が振幅の小さい方の測定信号よりも高く重みづけされるように構成されるのが特に有利である。こうした原理を満たす数多くの数学的表現が思量可能である。特に好ましい実施形態は、重み係数をそれらの比が電気信号振幅の比と等しいように算定することである。
【００５７】
本発明による装置を最適に調整しかつ本発明による方法を最適に実施するためには、測定ビームおよび／または受信ビームの偏光状態に、光学要素によって、双方の検出器の受信チャネルがメタリック反射物体の測定中において実質的に同一の信号強度を有するように影響を及ぼすのが好適である。その際、光学遅延板を有する光学手段が使用されるのが特に好ましい。
【００５８】
したがって、この好ましい実施形態において、最適化標準としてメタリック反射表面を有する測定物体が使用されて、光学手段により、好ましくは光学遅延板によって、測定ビームおよび／または受信ビームの偏光状態に影響が与えられて、メタリック反射表面の測定中、第１の検出器および第２の検出器が基本的に同一の信号強度を有するように「事前」に最適化が行なわれる。
【００５９】
この最適化によって、ビーム路を双方の検出器に対して対称的に調整して、同一の信号強度を与えることができるという利点が得られる。その結果、双方のチャネルは、あらゆる種類の表面に平均して同一の信号強度を与えると共に、総信号に等しく寄与するようになる。
【００６０】
先に既に述べたように、干渉計は、好ましくは、ヘテロダイン干渉計として形成されている。特に、干渉計は好適には、好ましくはブラッグセルとして形成された光学周波数シフトユニットを有している。この周波数シフトユニットは、好ましくは、測定ビームおよび／または参照ビームのビーム経路に配置されている。
【００６１】
これによって、先に述べたそれ自体公知のヘテロダイン型形成を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】送信ビームと受信ビームとが同軸的に重なり合っている本発明による装置の第１実施形態を示す模式図である。
【図２】送信ビームと受信ビームとが並列している本発明による装置の第２実施形態を示す模式図である。
【図３】送信ビームと受信ビームとの配置が相違していると共にビーム断面が相違している４つの送信／受信レンズの正面図である。
【図４】本発明による装置における評価ユニットの機能要素が概略的に表されている第３実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】従来の技術であるヘテロダイン・レーザ振動計を示す図である。
【図６】受信ビームの空間的分割が行なわれる、本発明による装置の第４実施形態の部分構成を示す模式図である。
【図７】受信ビームの空間的分割が行なわれる、本発明による装置の第５実施形態の部分構成を示す模式図である。
【図８】受信ビームの空間的分解が行なわれる、本発明による装置の第６実施形態を示す模式図である。
【図９】ビームモードに関して受信ビームの分割が行なわれる本発明による装置の第７実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、図面を参照して、本発明による方法ならびに本発明による装置の好ましい特徴および実施形態を説明する。すべての図は模式的に示されており、正確な縮尺図を示すものではない。図中において同一の符号は同一の要素または同一機能を有する要素を表している。
【００６４】
図５には、従来の技術から公知の、振動計として形成された、物体の光干渉測定を行なう装置が表されている。この装置は、レーザビームとして形成された出発ビーム３を発生させるレーザとして形成された光源１と、出発ビーム３を測定ビーム４と参照ビーム５とに分割するビーム分割キューブとして形成されたビームスプリッタ２とを備えている。
【００６５】
この装置は、さらに、光学的重ね合わせ手段と第１の検出器６とを備えている。光学的重ね合わせ手段は、プリズム７ａならびにビームスプリッタ７ｂ、７ｃを含んでいる。
この装置は、さらに、測定ビーム４のための、光学系を作り出すビーム放射口を有している。この光学系は光学レンズ８ａと１／４波長板８ｂ’とを有しており、光学レンズ８ａは送信／受信レンズ系として形成されている。
図５に示された干渉計は、ヘテロダイン干渉計として形成されている。そのため、ブラッグセル９は、参照ビーム５のビーム経路に配置されている。
【００６６】
レーザとして形成された光源１によって発生させられた（たとえば６３３ｎｍの波長を有する）レーザビームは、ビームスプリッタ２によって、測定ビーム４と参照ビーム５とに分割される。測定ビーム４は、ビームスプリッタ７ｃ、光学レンズ８ａを経て、１／４波長板８ｂ’によって円偏光させられ、送信ビーム４ａとして装置から出て、測定物体１０に投射される。
物体１０によって少なくとも部分的に反射された送信ビーム４ａは受信ビーム４ｂとして再び１／４波長板８ｂ’に到達する。その反射表面での送信ビーム４ａの反射時に、円偏光はその回旋方向が逆転される。１／４波長板を新たに通過した後、偏光方向は９０°回旋される。受信レンズ８ａを通過した後、ビームは今や偏光ビームスプリッタ７ｃによって側方に反射され、ビームスプリッタ７ｂを経て第１の検出器６に向けられる。
参照ビーム５は、プリズム７ａを経てガイドされて、ブラッグセル９を通過し、ビームスプリッタ７ｂを経て、第１の検出器６の検出面で、受信ビーム４ｂと重ね合わされて干渉を作り出す。
ここでは図示されていない評価ユニットにより、第１の検出器６の測定信号が評価されて、変調された搬送信号の位相復調によって受信ビーム４ｂの方向への物体の運動が算定され、周波数復調によって物体１０の運動面の速度が得られる。
【００６７】
図５に示された振動計の基本原理は本発明による装置の実施形態の基礎ともなっている。したがって、繰り返しを避けるために、以下では両者間の重要な相違にのみ触れることとする。
【００６８】
図１に示された本発明による装置の第１実施形態において、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとは互いに同軸上で重なり合っている。この好適な実施態様において、特に好ましい方法で、送信ビームと受信ビームとを１つの共通のレンズ（送信／受信レンズ）を経て案内することができる。それにより、測定ビームは、送信／受信レンズを経て、本発明による装置のビーム経路から発して、送信ビームとして物体に達し、この物体によって反射および／または散乱されて、受信ビームとして再び本発明による装置に戻り、送信／受信レンズを経て再び装置のビーム経路に進入する。これによって、送信／受信レンズもしくは送信／受信レンズを含む光学系のアパーチャの最適利用が可能になる。アパーチャの最適利用によって、最適な光収率および最適な信号強度の達成が可能となる。
【００６９】
図５に示された公知の基本構成を補完すべく、図１に示された実施形態において、測定ビーム４のビーム経路には磁気光サーキュレータ１１が配置されている。その結果、測定ビーム４はブラッグセル９、磁気光サーキュレータ１１を通過して、光学レンズ８ａ，８ｂを含む光学系を通過した後、測定されるべき物体１０に到達する（送信ビーム４ａ）。物体１０によって少なくとも部分的に反射もしくは散乱された送信ビーム４ａは受信ビーム４ｂとして光学レンズ８ｂを経て再び装置ビーム経路に進入し、偏光ビームスプリッタＰＢＳとして形成された偏光手段１２によって偏光成分ｐおよびｓに分解される。
偏光成分ｐは第１の部分受信ビーム４１ｂとして再び磁気光サーキュレータを通過し、これによって、ｓ偏光に偏光変換され、磁気光サーキュレータの偏光ビームスプリッタによって第１の検出器６の方向に偏向される。
【００７０】
第１の検出器６もまた、２個の検出器６ａおよび６ｂを含んでいる。さらに別のビームスプリッタ７ｄによって第１の部分受信ビーム４１ｂはまたも２本の部分ビームに分割され、その際、第１の部分ビームは第１の検出器６の検出器６ａに、第２の部分ビームはプリズム７ｅを経て検出器６の検出器６ｂにそれぞれ方向づけられる。
【００７１】
参照ビーム５はさらに別のビームスプリッタ７ｆによって分割され、その際、一部は第１の部分参照ビーム５１として、さらに別のプリズム７ｇとビームスプリッタ７ｄとを経て、第１の検出器６の検出器６ａに方向付けられる。その際、部分参照ビーム５１はビームスプリッタ７ｄにより再び分割され、その結果、第１の部分参照ビーム５１の第２の部分はプリズム７ｅを経て第１の検出器６の検出器６ｂに向けられる。
【００７２】
したがって、検出器６は、同所でそれぞれ第１の部分受信ビーム４１ｂの一部と第１の部分参照ビーム５１の一部とが重ね合わせられて、それぞれにおいて干渉が作り出される２つの検出器６ａおよび６ｂを有している。
【００７３】
図１に示された第１実施形態に基づく装置はさらに、同様に２つの検出器１３ａおよび１３ｂを有する第２の検出器１３を備えている。
偏光手段１２によって分割された受信ビーム４ｂのｓ成分は、第２の部分受信ビーム４２ｂとして、第２の検出器１３の方向に向けられて、さらに別のビームスプリッタ７ｈに到達し、第１の検出器６の平衡検波器システムと同様、部分ビームが検出器１３ａに、第２の部分ビームがさらに別のプリズム７ｉを経て検出器１３ｂに方向づけられる。
【００７４】
参照ビーム５はビームスプリッタ７ｆにより、上述した第１の部分参照ビーム５１と第２の部分参照ビーム５２とに分割され、第２の部分参照ビーム５２はビームスプリッタ７ｈに当たって、ここで再度分割され、一方は検出器１３ａに向けられ、他方はプリズム７ｉを経て検出器１３ｂに向けられる。
したがって、第２の検出器１３にあっても、検出器１３ａおよび１３ｂにおいて、それぞれ、第２の部分受信ビーム４２ｂの部分ビームと第２の部分参照ビーム５２の部分ビームとが重ね合わされている。
【００７５】
図１に示された、本発明による装置の第１の実施形態に基づく装置は、図５に示された従来の装置に比べて、以下のいくつかの利点を有している。
【００７６】
まずは、受信ビーム４ｂの２つの偏光方向（ｐおよびｓ）を、一方では第１の検出器６により、他方では第２の検出器１３によって、検出することが可能である。広域タイプの表面や、あらゆる非金属の粗い表面での測定時には、２つの偏光方向が生ずる。こうした場合、２つの偏光方向の検出は評価される光強度を大きくすることができ、これによって、より良好な信号雑音比が達成される。２つの部分受信ビームは総受信ビームの互いに垂直に偏光された成分に由来しているため、第１の検出器６での信号レベルの落ち込みは第２の検出器１３での信号レベルの落ち込みとは統計的に無関係である。
【００７７】
２個の検出器６ａ，６ｂを有する第１の検出器６および２個の検出器１３ａ，１３ｂを有する第２の検出器１３の構成は、それぞれ、それ自体公知に属する、「平衡検波器」システムの検出器の構成と同じである。
検出器６の測定信号は、それ自体公知の平衡検波器システム方式で、検出器６ａおよび６ｂの測定信号から求められる。同じく、第２の検出器１３の測定信号は、平衡検波器の場合にそれ自体公知の方法で、検出器１３ａおよび１３ｂの測定信号から求められる。したがって、第１の検出器６および第２の検出器１３は示差検出器とも称される。
【００７８】
さらにここで重要な点は、図１で図示されていない評価ユニットによって第１の検出器および第２の検出器１３の測定信号がダイバーシティ受信方式で評価されることである。
【００７９】
そのため、第１の検出器６の測定信号および第２の検出器１３の測定信号のために、それぞれ出力測定段を用いて、変調された搬送信号の出力が求められる。同じく、第１の検出器６の測定信号ならびに第２の検出器１３の測定信号につき、ＦＭ復調によってそれぞれ速度信号が発生させられる。選択を通じて、常に、出力の大きい方の検出器に対応した速度信号が出力信号として出力される。
【００８０】
このようにして、欠陥ある速度信号が出力信号として出力される確率は大幅に低下する。それは、第１の検出器６の測定信号レベルの落ち込みが第２の検出器１３の測定信号レベルの落ち込みと統計的に無関係だからである。
【００８１】
図１に示された装置において、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとのビーム軸は、光学レンズ８ｂと物体１０の間で、互いに平行かつ互いに重なり合って延びており、つまり、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとは同軸をなしている。これによって、光学レンズ８ａ，８ｂを含む光学系のアパーチャの最適利用が達成され、光強度の損失と共に、測定信号強度の損失が回避される。
【００８２】
図２には、図１に示されたのと同様に平衡検波器として形成された第１の検出器６と第２の検出器１３とを有する本発明による装置の第２の実施形態が表されている。図２において互いに垂直をなす２本の双方向矢印からなる十字印は、それぞれ、部分受信ビーム４１ｂおよび４２ｂの偏光方向（Ｍ）、部分参照ビーム５１および５２の偏光方向（Ｒ）ならびに受信ビーム４ｂの混合偏光（ＭｐおよびＭｓ）を示している。
【００８３】
図２に示された第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、送信ビーム４ａは受信ビーム４ｂとは同軸上を延びていない。
受信ビーム４ｂと送信ビーム４ａとは、プリズム７ｊと光学レンズ８ａの間では、ビーム軸が互いに離間して平行をなし、並列して延びているが、光学レンズ８ａと物体１０と間では、受信ビーム４ｂと送信ビーム４ａとは光学レンズ８ａおよび光学レンズ８ｂによって物体１０上の１測定点に集束されている。
【００８４】
これにより、ビーム軸が空間的に互いに並列して位置するために、プリズム７ｊによって容易に受信ビーム４ｂを分離することができる。それゆえ、この実施形態において、受信ビーム４ｂと送信ビーム４ａとの分割は、これらのビームに特定の偏光条件を設ける必要なしに、行なうことができる。というのも、こうした分割は、双方のビームのビーム軸が空間的に互いに並列して位置しているために、偏光ビームスプリッタを必要とせずに容易に行なうことができるからである。
【００８５】
受信ビームは、したがって、混合偏光を有しており、偏光ビームスプリッタとして形成された偏光手段１２によって、第１の部分受信ビーム４１ｂと第２の部分受信ビーム４２ｂとに分割される。したがって、これら双方の部分受信ビームは互いに垂直をなす偏光成分を有している。
【００８６】
さらに、この第２実施形態において特に有利な点は、参照ビーム５も同様に、偏光手段１２を経て、第１の部分参照ビーム５１と第２の部分参照ビーム５２とに分割されることである。これにより、受信ビーム４ｂならびに参照ビーム５のいずれのビーム分割も偏光手段１２つまり単一の偏光ビームスプリッタによって行なわれるという利点が得られる。これにより、光学素子の調整は大幅に容易なものとなる。
【００８７】
第１の検出器６の検出器６ａおよび検出器６ｂならびに第２の検出器の検出器１３ａおよび検出器１３ｂにおいては、図１に示された第１実施形態と同様に、それぞれ、部分受信ビームとこの部分参照ビームとが重ね合わせられて、光干渉が作り出される。
【００８８】
図２に示された構成によれば、偏光手段１２に続いて、参照光成分と測定光成分とはそれぞれ互いに垂直をなして偏光されている。これらの成分が互いに干渉し得るようにすべく、検出器前方でそれぞれ１つの、たとえば、偏光フィルタまたはＰＢＳとして形成することができる偏光子（図中不図示である）を使用することができる。この偏光子により、検出器６ａ，６ｂ，１３ａ，１３ｂ各々において、それぞれ、含まれている２つの偏光成分が検出素子の軸に投影される。そのため、偏光子の軸は、実質的に、ビームの偏光に対して４５°の角度で配向されていなければならない、あるいは偏光が１／２波長板によって相応して回旋されて偏光子の軸に合わされなければならない。同じく、２つの偏光成分は、１／４波長板によって、右ないし左円偏光成分に変換されてもよい。
重要な点は、検出器６ａ，６ｂ，１３ａ，１３ｂにおいてそれぞれ干渉が生ずるように、それぞれの偏光成分が変化させられることである。
【００８９】
この実施態様が採用されて、それぞれＰＢＳによって偏光に影響が及ぼされる場合、発生するビームの強度変調は互いに逆相であり、したがって、好適な方法として、示差検出器によって、相応した測定信号に変換することができる。
【００９０】
図２に示された第２実施形態は、さらに、重要な光学要素として偏光ビームスプリッタ（偏光手段１２、偏光ビームスプリッタ７ｄおよび偏光ビームスプリッタ７ｋ）が使用されるという利点を有している。これにより、重要な光学要素として３回、同一の構造部品が使用されることになる。
【００９１】
図２に示された第２実施形態において、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとはしたがって図１に示された第１実施形態とは異なり、互いに同軸的に重なり合っているのではなく、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとの光軸は互いに並列している。これに応じて、図２に示された構成においても、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとは物体１０の前方で異なる空間角に対応しているとはいえ、同一の測定点から発しているために、第１の検出器６の信号と第２の検出器１３の信号とは１測定点に対応させることが可能である。したがって、図２に示された第２実施形態においても、測定点に基づく分割ではなく、受信ビームの偏光情報に基づく分割が行なわれており、これは図１に示された第１実施形態においても同様である。
【００９２】
上述したように、できるだけ高い光強度と共に、できるだけ高い測定信号強度を達成するために、光学レンズ８ａおよび８ｂを含む光学系の開口数を可能な限り最適利用するのが好ましい。
【００９３】
受信ビーム４ｂと送信ビーム４ａとが、光学系と物体１０の間を、同軸をなして延びている場合には、図３の（ａ）に概略的に示されたような配置、つまり、互いに同軸的に重なり合った２本のビームである受信ビーム４ｂと送信ビーム４ａとによるアパーチャのできるだけ広域的な面利用が有利である。
【００９４】
図２に示された第２実施形態に基づく好適な実施形態が選択される場合には、図３の（ｂ）に示された配置を選択することが可能である。この場合、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとは光学系のアパーチャ内に並列して位置している。ただし、これがアパーチャの最適利用を表していないことは明らかである。
【００９５】
したがって、図３の（ｃ）に示されたように、送信ビーム４ａと受信ビーム４ｂとの強度断面を楕円状に形成するのが有利である。これにより、図３の（ｂ）による場合に比較して、著しく良好なアパーチャ利用と共に、より高い強度が達成される。
【００９６】
同様に、複数の受信ビームを収容し、別個の（ただし同一の）評価ユニットを有する装置によって、相応して増加したチャネルが総信号に寄与するように評価することもできる。
【００９７】
図３の（ｄ）には、送信ビーム４ａ、受信ビーム４ｂおよび第２の受信ビーム４ｃによるその種の配置が表されている。この場合、ダイバーシティ受信方式により、先ず個々に評価が行なわれ、次いで、総信号に合成される合計３本の互いに独立した測定チャネルが得られる。
【００９８】
図３の（ｃ）に示されたビーム断面を楕円状とした好適な形態において、送信ビーム４ａならびに受信ビーム４ｂの非対称比はいずれも１．５〜２．５の範囲にある。
【００９９】
図４は本発明による装置の第３実施形態における評価ユニットのみを概略的に表したものである。この第３実施形態の装置は、光学要素に関しては、たとえば、図１に示された第１実施形態または図２に示された第２実施形態と同様に構成することができる。
図４に示された模式図において、第１の検出器と第２の検出器とは図形上１ブロックにまとめられている。
【０１００】
信号処理は、第１の検出器６の測定信号ｃ１ならびに第２の検出器１３の測定信号ｃ２がいずれもそれぞれ二重に評価されるように実行される。
測定信号ｃ１は、たとえば、図４に概略的に表したようにＦＭ復調され、その結果、速度信号ｖ１が生ずる。同じく、第２の検出器１３の測定信号ｃ２はＦＭ復調され、その結果、第２の速度信号ｖ２が生ずる。
【０１０１】
重要な点は、第１の検出器６と第２の検出器１３の測定信号ｃ１は、さらに、出力段（ＬＳ）において出力測定に付され、こうして、変調された搬送信号の出力または振幅が求められて、信号Ｐ１として出力されることである。
【０１０２】
同様に、第２の検出器１３の測定信号ｃ２から出発し、さらに別の出力測定段により、変調された搬送信号の出力または振幅が求められ、信号Ｐ２として出力される。出力測定段階は、好ましくは、信号Ｐ１およびＰ２を、それらが電気信号強度に対数依存し、それによって、デシベル尺度に対応するように発生させる。
【０１０３】
次いで、統合段（ＫＳ）において、速度信号ｖ１およびｖ２の統合が行なわれて出力信号ｖが生成される。
したがって、個別の信号ｖ１またはｖ２よりも高信頼度の統合出力信号ｖを生成するために、４個の信号Ｐ１，ｖ１，ｖ２およびＰ２が使用される。
【０１０４】
これらの信号の好ましい統合（コンビネーション）方法は信号ｖ１およびｖ２の加重平均化であり、その際、重み係数（信号ｖ１の重み係数ｗ１および信号ｖ２の重み係数ｗ２）は出力信号Ｐ１およびＰ２から算定される。計算式は以下のように表すことができる。
ｖ＝ｗ１・ｖ１＋ｗ２・ｖ２
この場合、正規化はｗ１＋ｗ２＝１となるように行なわれる。つまり、重み係数ｗ１とｗ２とは相補的である。重み係数の計算は、上述したように、出力信号Ｐ１およびＰ２から行なわれる。つまり、ｗ１はＰ１およびＰ２に依存した関数である（ｗ１＝ｆ（Ｐ１，Ｐ２）、同様にｗ２＝ｆ（Ｐ２，Ｐ１））。したがって、重み係数ｗ１およびｗ２は、パラメータＰ１およびＰ２に関する対称関数によって求められる。上記のすべての信号は時間変動量であるため、計算ないし評価は不断に行なわれなければならない。実際の態様において、評価は所定のクロック速度とくに２０ｋＨｚ…２ＭＨｚのクロックで行なわれる。
【０１０５】
関数：ｆは、たとえばバイナリースイッチの趣旨で、それぞれ高い方の出力を有するチャネルへの切換えを導く。同じく、この関数は線形重ね合わせの趣旨で実現するとよいが、たとえばｆ（ｘ，ｙ）＝ｘ／（ｘ＋ｙ）であることから、重み係数ｗ１およびｗ２については以下が得られる：
ｗ１＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）
および
ｗ２＝Ｐ２／（Ｐ１＋Ｐ２）
【０１０６】
実質的に、位置信号つまり受信ビームのビーム軸の方向における表面変位は、信号ｃ１およびｃ２から位相復調によって得られる。同じく、位置信号は速度信号の時間積分によっても得られる。
【０１０７】
図６〜８は、それぞれ、空間ダイバーシティが実現された、つまり受信ビームが異なるビーム断面成分について分割される第４実施形態から第６実施形態を概略的に表している。
【０１０８】
ここでは、装置の基本構成は図５に示された標準的な構成と同じであってよく、その際、それぞれ図５において鎖線で囲まれた領域は、図６、図７または図８においてそれぞれ相応に図示された形態で置き換えられる。
【０１０９】
したがって、図６、図７、図８に示された実施形態は、照射されたすべての表面点の寄与分から生ずる受信散乱光のビーム断面を、それぞれ、２つの半断面に分割する。その際、一方の部分受信ビームは第１の受信ビーム４１ｂとして第１の検出器の検出器６ａおよび６ｂに向けられ、他方の部分受信ビームは第２の部分受信ビーム４２ｂとして第２の検出器１３の検出器１３ａおよび１３ｂに向けられる。したがって、受信ビーム４ｂのビーム断面は、図６，７および８の実施形態において、それぞれ少なくとも２つの下位領域に分割され、これらの下位領域は第１の検出器の検出器６ａおよび６ｂに転送される、または第２の検出器の検出器１３ａおよび１３ｂに転送される。
【０１１０】
図６、図７、図８のすべてにおいて、ここでも、平衡検波器システムが実現されており、つまり、第１の部分受信ビーム４１ｂ、第２の部分受信ビーム４２ｂならびに第１の部分参照ビーム５１および第２の部分参照ビーム５２はそれぞれ、それぞれ第１の検出器６および第２の検出器１３の２つの検出器に向けられるようにすべく、再び分割される。
【０１１１】
図６に示された第４実施形態において、その受信ビーム成分が不規則なスペックル分布を含む重ね合わされたビームはそれぞれ、側方に分離された２つの成分に分割される。この場合、分離はミラー１４ａおよび１４ｂによって行なわれ得、その際、ミラーエッジはそれぞれ半分までビーム内に挿し込まれる、またはミラーは部分的に鏡面化されたガラス板として形成される。図６には、部分的に鏡面化されたガラス板として形成されたその種のミラー１４ａおよび１４ｂが拡大されて概略的に表されており、この場合、ミラー１４ａおよび１４ｂは、ガラス板の鏡面化された領域と非鏡面化領域の間の分離エッジＡがビームの中心に位置するように、つまり、ビーム軸がおおよそ境界線である分離エッジＡ上にあるように、参照ビーム５および受信ビーム４ｂのビーム経路内にさし込まれる。
これによって、容易な方法で空間的な分離が達成される。
【０１１２】
図７に示された第５実施形態はマイクロプリズム格子１５ａ，１５ｂによって空間的分離を達成する。
したがって、この場合、交互にビーム断面の狭い縞が一方または他方のビームに対応させられ、これによって空間的分離が達成される。構成要素１６ａおよび１６ｂはビーム転向ミラーを表している。
使用される光検出器の面よりもビーム直径が大きい場合には、レンズが使用され、ビームは検出器上の小さな点に集束される。
【０１１３】
図８に示された第６実施形態は検出器形成の点で特別なケースを表している。ここでは、検出器はより分割化されている。
図８から理解できるように、第１の検出器６の検出器６ａおよび第２の検出器１３の検出器１３ａは、互いに直接に並列して配置されている。同じく、第１の検出器６の検出器６ｂおよび第２の検出器１３の検出器１３ｂも、互いに直接に並列して配置されている。このように分割された光検出器は通例、市販されている。
【０１１４】
これにより、容易な方法で、所望の空間的分離を達成することが可能である。それゆえ、こうした特別な配置によって、同時に、平衡検波器システムと、受信ビームおよび参照ビームの空間的分割とが達成される。したがって、この場合、それぞれ、検出器に当たるビームの左側半分が第１の部分受信ビーム４１ｂとして定義され、それぞれ、検出器に当たるビームの右側半分が第２の部分受信ビームとして定義されている。
【０１１５】
最後に、図９には、受信ビームのビームモード成分に関する分割が行なわれる第７実施形態が示されている。
ここでは、光源１から発する出発ビーム３が発生させられて、このビームはビームスプリッタ２によって測定ビーム４と参照ビーム５とに分割される。測定ビーム４はブラッグセル９を通過して、送信ビーム４ａとして物体１０に当てられる。少なくとも部分的に反射もしくは散乱された送信ビーム４ａは受信ビーム４ｂとして偏光ビームスプリッタ７ｌに到達し、ピンホールとして形成された空間フィルタ１７に方向づける。空間フィルタ１７は反射基板から形成されており、そのため、受信ビーム４ｂのガウス基本モードは第１の部分受信ビーム４２ｂとして空間フィルタ１７を通過し、第２の検出器１３に与えられる。
【０１１６】
受信ビーム４ｂの高いモード（たとえばリング状モード）は空間フィルタ１７によって反射され、第２の部分受信ビーム４２ｂとして第２の検出器１３に与えられる。
検出器への導入および参照ビームの案内はミラー１６ｃ，１６ｄ，１６ｅおよび１６ｆを経て行なわれる。
【０１１７】
第１の部分受信ビーム４２ｂは、先述したように、ガウス基本モードを有し、したがって直接、第２の検出器１３の検出器１３ａおよび検出器１３ｂ上に、第２の部分参照ビーム５２との干渉を作り出すことができる。
これに対して、第２の部分受信ビーム４２ｂは、第２の部分参照ビーム５２との干渉を作り出すために、再びガウス基本モードに変換されなければならない。これは、図９に示された実施形態において、第１の部分受信ビーム４１ｂのビーム経路に配置されている位相板１８によって行なわれる。
【０１１８】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１１９】
１  光源
２  ビームスプリッタ
３  出発ビーム
４  測定ビーム
４ａ  送信ビーム
４ｂ  受信ビーム
４１ｂ  第１の部分受信ビーム
４２ｂ  第２の部分受信ビーム
５  参照ビーム
５１  第１の部分参照ビーム
５２  第２の部分参照ビーム
６  第１の検出器
１０  物体
１３  第２の検出器
ＢＳ    ビームスプリッタ
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
ＨＷＰ  １／２波長板
ＬＳ    出力測定段階
ＦＭ    周波数復調
ＫＳ    統合段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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