(57)【要約】  本発明は、振動している物体の非接触光学振動測定を行なう装置であって、レーザビーム用光源としてのレーザ（１）と、レーザビームを測定ビーム（２）と参照ビーム（３）とに分割する第１のビームスプリッタ（Ｓ１）と、参照ビーム（３）または測定ビーム（２）の所定の周波数シフトを行なう手段４と、振動している物体（６）で散乱して戻ってきた測定ビーム（２）を参照ビーム（３）に合わせてこの参照ビームと重ね合わせるための第２のビームスプリッタ（Ｓ２，Ｓ３）とを備えると共に、重ね合わされた測定ビーム及び参照ビーム（７）を受けて測定信号を生成する検出器５を具備し、前記レーザ（１）は当該レーザの光共振器内部に設けられた偏光フィルタを有し、基本モードの周波数はビート信号に応じた制御によって一定に保たれるように構成した装置に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザドップラー振動計を備え、振動している物体の非接触光学振動測定を行なう装置であって、
前記レーザドップラー振動計は、レーザビーム用光源としてのレーザ（１）と、レーザビームを測定ビーム（２）と参照ビーム（３）とに分割する第１のビームスプリッタ（Ｓ１）と、参照ビーム（３）または測定ビーム（２）の所定の周波数シフトを行なう手段（４）と、振動している物体（６）で散乱して戻ってきた測定ビーム（２）を参照ビーム（３）に合わせてこの参照ビームと重ね合わせるための第２のビームスプリッタ（Ｓ２，Ｓ３）と、重ね合わされた測定ビームおよび参照ビーム（７）を受けて測定信号を生成する検出器（５）とを有するものにおいて、
前記レーザ（１）は、当該レーザの光共振器内部に設けられた偏光フィルタと、周波数を安定させる制御系とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記制御系は、前記レーザ（１）のビート信号に基づいて制御す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】
前記偏光フィルタは少なくとも１つのブリュースター窓から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】
前記制御系は、前記レーザのビート信号の検出またはビート信号の電気ビート信号への変換あるいはその両方を行なうための検出器を含み、かつ、前記制御系は前記電気ビート信号の出力または周波数あるいはその両方を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御系は、前記光共振器長に影響を及ぼすために、前記レーザ（１）の前記光共振器または当該光共振器の一部の温度を意図的に変化させるための手段を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
振動している物体の被測定領域に同時に少なくとも２つのレーザドップラー振動計が照準しており、かつ、前記レーザドップラー振動計の少なくとも１つは、クロストークを防止するために、当該振動計の測定ビーム（２）の周波数シフトが可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つのレーザドップラー振動計を用いて、振動している物体の非接触光学振動測定を行なう方法であって、
レーザビーム用光源としてのレーザ（１）と、レーザビームを測定ビーム（２）と参照ビーム（３）とに分割する第１のビームスプリッタ（Ｓ１）と、参照ビーム（３）または測定ビーム（２）の所定の周波数シフトを行なう手段（４）と、振動している物体（６）で散乱して戻ってきた測定ビーム（２）を参照ビーム（３）に合わせてこの参照ビームと重ね合わせるための第２のビームスプリッタ（Ｓ２，Ｓ３）と、重ね合わされた測定ビームおよび参照ビーム（７）を受けて測定信号を生成する検出器（５）とを有するものにおいて、
前記レーザ（１）のモードは、当該レーザ（１）の光共振器内部に設けられた偏光フィルタにより同じに偏光され、かつ、前記レーザ（１）は当該レーザのビート信号に基づいて制御されることでその周波数が安定化されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記ビート信号は検出器によって検出されるか、または電気ビート信号に変換されるか、あるいはその両方が行われ、かつ、前記レーザは前記電気ビート信号の出力または周波数あるいはその両方の制御によってその周波数が安定化されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザ（１）は、ビート信号検出に基づき、特に、ビート信号振幅、ビート信号周波数、ビート信号変化のいずれかの評価、またはそれらの組み合わせの評価に基づいて、その周波数の安定化を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
周波数を安定化するために、前記レーザ（１）の前記光共振器の温度は意図的に変化させられて、前記共振器長に影響が及ぼされることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記光共振器の温度はレーザヒータの制御またはレーザ電流調節式レーザ電源ユニットの制御あるいはその両方によって変化させられることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
周波数を安定化するために、前記レーザの前記光共振器のミラー間の間隔は、アクチュエータとくに圧電アクチュエータによって変化させられることを特徴とする請求項７〜１１の少なくともいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
振動している物体（６）の被測定領域に、同時に少なくとも２つのレーザドップラー振動計が照準され、かつ、前記レーザドップラー振動計の少なくとも１つの測定ビーム（２）の周波数は、クロストークが存在する場合に、周波数シフトされることで当該クロストークが防止されることを特徴とする請求項７〜１２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、請求項１のプリアンブルに記載されている、振動している物体の非接触光学振動測定装置ならびに、請求項７のプリアンブルに記載されている方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置およびこの種の方法は、レーザビームの光源としてのレーザを備えたレーザドップラー振動計を含んでいる。レーザビームは、第１のビームスプリッタで、測定ビームと参照ビームとに分割される。測定ビームもしくは参照ビームは周波数シフトされるが、それには、通例、音響光学変調器とくにブラッグセルが使用される。測定ビームは被測定物体に向けて照射され、そこで散乱ないしは反射して戻ってくる。第２のビームスプリッタは振動している物体で散乱して戻ってきた測定ビームを参照ビームに合わせて、双方のビームを重ね合わせ、これによって干渉信号が生じさせる。重ね合わされた測定ビームおよび参照ビームは検出器に入力され、この検出器は、干渉信号から、電気測定信号を生成する。
【０００３】
レーザドップラー振動計は、物体とくに物体表面の、メガヘルツ・レベルまでに及ぶ振動を非接触で測定することができる。これによって、マイクロシステム技術におけるような、非常に小型軽量の構造体の振動測定への適用が可能になっている。なお、空気振動および液体振動も、レーザドップラー振動計によって測定可能である。この場合、測定ビームの周波数は、反射時のドップラー効果に起因する被測定物体表面の運動によって変調される。レーザはコヒーレント光を発するために、物体の運動によって周波数変調された測定ビームと不変のままの参照ビームとの重ね合わせによって干渉信号が生じ、これから、物体の速度を導出することができる。したがって、被測定物体の表面の振動速度を検出することができる。
【０００４】
現状で使用されているレーザドップラー振動計にあっては、レーザビームの２つの分割ビームの一方が周波数シフトされ、これにより、ヘテロダイン振動計が構築されることとなり、干渉信号の変調周波数が生み出され、これによって、被測定物体の表面の瞬時速度だけでなく、正負符号つまり運動方向も確認することが可能となる。つまり、ヘテロダイン・レーザドップラー振動計により、被測定物体の振動運動が一義的に検出可能となる。
【０００５】
上述したように、一般に音響光学変調器（ブラッグセル）によって達成される参照ビームもしくは測定ビームの周波数シフトは、レーザ光の周波数に対してごく僅かにすぎない。一般には、その周波数が４．７４×１０１４Ｈｚであるヘリウム・ネオン−レーザ（ＨｅＮｅ）が使用される。参照ビームもしくは測定ビームの周波数シフトは、一般に、４０ＭＨｚでしかない。ただし、レーザおよびレーザに組み込まれた、特に共振器への熱作用は、共振器長の変化をもたらし、それがまた、レーザビームの周波数を、ブラッグセルによって作り出される周波数シフトの何倍も変化させてしまう。ヘリウム・ネオン−レーザの場合、たった０．１℃の温度上昇が、一般に、レーザビーム周波数の３００ＭＨｚのシフトをもたらす。
上記のことは、たとえば、三次元振動を検出可能とすべく、それらの測定ビームが振動中の被測定物体の領域に向かって同時に照射される複数のレーザドップラー振動計が使用される場合に、特別な問題をもたらす。複数の測定ビームの振動数が互いに近すぎると、その際、クロストークが発生し、つまり、散乱して戻ってきた１つの振動計の測定ビームが同時に他の振動計にも達し、そこで、測定誤差、ないしは測定不能を導いてしまう。いずれのＨｅＮｅレーザの中心周波数も明確に定義された原子電子準位によって決定されているために、複数のレーザの中心周波数は区別されない。したがって、この種の複数の振動計の測定ビームの周波数が熱的影響によってシフトされる場合には、何度でも繰り返して偶然にこの種のクロストークが発生することになる。
【０００６】
上記の問題に対処するために、レーザドップラー振動計に使用されるレーザの周波数を安定化させることが知られている。そのようなレーザには、この場合、特に光共振器の長さに着目して、温度による長さ変化ないし周波数シフトを補償する制御系が備えられる。同時に、レーザは測定に使用されるアクティブモードでのみ発振するように構成される。公知の周数数安定化の核心は、偏光優先方向のない、２つのアクティブモードを有する無偏光レーザにおいて、互いに垂直偏光した２モードの一方を、偏光ビームスプリッタを介して導出し、制御量として使用する点にある。
ただし、周波数を安定化したたこの種のレーザには、不測の反射および、光共振器に達するその他の外部光に非常に敏感に反応してしまうという短所が付随している。またさらに、周波数を安定化したレーザにあっては、その最大レーザ出力が測定の実施に適しないという短所がある。このことは、このタイプの測定装置により、選択されたレーザ等級における許容発射光出力を最大限に活用して、最高の測定精度を達成しようとする場合に、とりわけ極めて不都合となる。
【０００７】
周波数を安定化したレーザの出力の低下という上記の短所は、現状のタイプの装置および方法において、そのアクティブモードがすべて測定に使用されるレーザを用いる場合に回避可能であるのは確かである。これは、レーザの光共振器内部に偏光フィルタを装備することによって、レーザのすべてのアクティブモードがこの偏光にもたらされ、一方で、全レーザ出力が測定に利用できるようにし、他方で、この偏光フィルタによって戻り反射および外部光に対してレーザを大幅に不感化することで実現させるのが好ましい。しかしながら、このようなレーザの周波数の安定化は、従来の技術において知り得るものではない。
【０００８】
周波数の安定化が行なわなければ、また、先に特に複数のレーザドップラー振動計の使用に関連して述べた問題が生ずることになる。ただし、２つ以上のアクティブモードを出力するレーザを備えた１つのレーザドップラー振動計のみで振動測定が行なわれる場合にも、干渉信号の信号強度は温度によって引き起こされる一定の値の周波数シフト時に低下し、測定が不能になってしまうことがある。これは、特に、２つのアクティブモードが出射され、それらの振幅がおおよそ同一で、弱めあう干渉が生ずる場合にそうである。振動測定はこれにより、つまり、たとえば周囲環境に起因する温度の影響により、測定が不能なモード状態にレーザが陥ってしまう場合に、うまくいかなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来の技術から出発して、本発明の課題は、レーザドップラー振動計のレーザをその周波数に関して安定化させ、特に、２つの以上のレーザドップラー振動計による測定時のクロストークを回避し、かつ、それにもかかわらず、このレーザドップラー振動計をほぼ最高の信号強度にて稼働可能とする、冒頭に述べたタイプの装置および方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、請求項１に記載の特徴を有する装置ならびに、請求項７に記載の特徴を有する方法によって解決される。本発明による装置の好ましい実施態様は請求項２〜５に記載したとおりであり、本発明による方法の有利な実施態様は請求項８〜１３に記載したとおりである。
【００１１】
したがって、本発明による方法および本発明による装置は、レーザドップラー振動計のレーザが、当該レーザの光共振器内部に設けられ、このレーザの異なったモードを同じに偏光する偏光フィルタを備えていることを特徴としている。この場合、偏光フィルタとしては、好ましくは、少なくとも１つのブリュースター窓が使用される。この偏光フィルタにより、レーザの複数のモード（ほとんどの場合は２モード）は同一偏光とされ、その結果、一方において、偏光ビームスプリッタにより１つのモードは消失されることはなしにレーザを制御するための制御量として使用することが可能であり、ただし他方では、基本的に全レーザ出力が測定に用いられることになる。本発明ではレーザの周波数は安定しているにもかかわらず、相応に周波数を安定させる制御系を備えている。
つまり、本発明によって初めて、レーザドップラー振動計のレーザ周波数の安定を達成するには、単モードレーザを使用する必要はなく、２つ以上のモードが同時に測定に使用されても支障がないことが明らかになった。重要な点は、一方のアクティブモードが他方のそれよりも著しく強度であり、この支配的モードの周波数が所定の値に応じて制御可能であるということだけである。
【００１２】
レーザが２モードないし３モードまたはそれ以上のモードでの駆動で動作し、その際、すべてのモードの偏光方向が基本的に同一であれば、隣接した２モード間にうなり周波数いわゆるビート周波数が生ずる。本発明により、このビート周波数の検出によって、周波数を安定化させるためのレーザの共振器長の制御が可能になることも明らかになった。それは、レーザの温度変化は、一方で周波数シフトをもたらし、他方で異なったアクティブモードの振幅分布の変化をもたらすからである。レーザの温度が変化すれば、そのアクティブモードはレーザの強度プロファイルを通じて移動するために、アクティブモードは、１つの例外を別として、通過中にそれぞれ異なった強度を有する。これは、アクティブモードの強度プロファイルに沿った変動時に、一般に共振器の温度と線形相関するレーザの共振器長に応じた、ビート信号の準周期的な推移を導く。
本発明により、ビート信号のこうした準周期的な推移は、それをレーザの共振器長を制御するための制御量として使用し、このことから、レーザ周波数の制御への使用に適していることが確認された。特に、レーザの共振器長が温度と相関して、つまり、必要に応じての加熱または冷却によって制御されることも、本発明によって確認された、ビート信号強度の変動と光共振器の温度との直接の関連（しかも好適には、温度と相関したビート信号強度が十分に急峻なカーブ傾斜を有する点での関連）を制御に活用することが可能となる。これは、レーザの強度プロファイルのモード経過中に、少なくとも２つの領域に当てはまる。
【００１３】
電気うなり信号として検出されるビート信号の評価は、本発明により、レーザ周波数の安定化に使用される。電気ビート信号の出力または周波数あるいは、出力と周波数との組み合わせによる測定量が、レーザ周波数の制御ないし安定化に使用される場合には、うなりないしビート信号を作り出すレーザモードの所定の出力比が達成される。この出力比は、本発明の趣旨から、場合によって、特にレーザが偶然単モードで動作している場合には、ゼロであってもよい。
したがって、本発明により、多モードレーザを使用し、にもかかわらず、このレーザの（しかもとりわけ、２以上のアクティブモードが異なった強度を有する周波数時に）周波数を安定化させ、その結果、安定した稼働状態に制御を維持することができる。予熱効果および周囲環境の影響による稼働中の偶然的な温度変化は本発明による周波数制御によって補償されるため、本発明による装置は、測定中に信号雑音比が、高信頼度の測定結果を得るためにきわめて不都合であるという状態に陥る危険がなくなり、長時間自動的に振動測定を行なうことができる。
【００１４】
特に、複数のレーザドップラー振動計による物体の振動測定に際し、比較的長時間にわたる自動測定を行っているときにも、たとえば、使用されるレーザが周囲環境の影響ならびに予熱効果によって異なった温度変化を受け、こうして、相互に周波数シフトを蒙ることにより偶然的なクロストークが生じてしまうこともなくなる。にもかかわらず、振動計のレーザは、同一強度の２つのモードが発生し、これによって信号強度が落ち込むことがないようにして稼働させることができる。
【００１５】
さらに、本発明によって構成されたレーザは、偏光フィルタが使用されることにより、不測の反射および、共振器に達するその他の外部光に対する高い不感性をもつ。
【００１６】
最後に、本発明による偏光フィルタ付きの周波数を安定化させたレーザを使用することにより、好ましくは、振動している物体の同一点に集束精度の範囲内で同時に照準を合わされる複数のレーザドップラー振動計を備えた測定装置をもって、クロストークを回避する測定が可能となる。そのため、本発明において備えられているレーザの周波数制御を利用して使用されるレーザドップラー振動計の１つ以上のレーザの、必要に応じた所望の周波数シフトを行なうことにより、所定の復調帯域幅にてクロストークが生じなくなるか、もしくは僅かに生ずるにすぎない。それと同時に必然的な信号落ち込みが大きくなりすぎないようにする周波数間隔を維持することもできる。そのため、レーザ周波数は、周波数が互いに少なくとも２×復調帯域幅だけ離間するように制御される。
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に記述し、説明する。各図は以下を示している：
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による装置に使用するためのヘテロダイン・レーザドップラー振動計の２つの別なブロック図（図１ａおよび１ｂ）を示す図である。
【図２】一例として使用されたヘリウム・ネオン−レーザの強度プロファイルの簡略基本図である。
【図３】４つの異なった温度時のヘリウム・ネオン−レーザの動作状態を示す、図２と同じ４つの簡略基本図である。
【図４】共振器の温度と相関した、ヘリウム・ネオン−レーザの中心周波数からの基本モードの周波数偏移を示す図であり、そこで、符号（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図３に示したモード状態に関係している。
【図５】図２〜４のヘリウム・ネオン−レーザの１つないし２つのモードでの稼働において、ビート信号の強度を温度変化と相関させて示した簡略基本図であり、そこで、符号（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図３に示したモード状態に関係している。
【図６】図２〜４のヘリウム・ネオン−レーザの２つのないし３つのモードでの動作において、ビート信号の強度を温度変化と相関させて示した簡略基本図であり、そこで、符号（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図３に示したモード状態に関係している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明による装置の実施形態の１つとして、基本的に図１ａに示したように構成されたレーザドップラー振動計を備えた装置を説明する。この実施形態では、共振器長２０．４ｃｍのヘリウム・ネオン−レーザが使用され、このコヒーレント光は、第１のビームスプリッタＳ１を経て、測定ビーム２と参照ビーム３とに分割される。参照ビーム３は、ミラーＳｐ１を経て、ここでは音響光学周波数シフターとして利用されるブラッグセル４を通過し、さらに別のビームスプリッタＳ３を通過して光検出器５に達する。この場合、ブラッグセル４は、参照ビーム（参照信号）３の周波数を通例４０ＭＨｚの周波数オフセット分だけシフトする。
【００１９】
測定ビーム２は、第２のビームスプリッタＳ２とλ／４板Ｌ１とを経て、振動中の測定対象６上に照射される。測定対象６の表面は、測定ビーム２を散乱（反射）させる。散乱を通じて戻ってきた測定ビームは、第２の（偏光）ビームスプリッタＳ２によって、第３のビームスプリッタＳ３に向けて反射され、このビームスプリッタＳ３上で参照ビーム３と重ね合わされる。重ね合わされた、時間的にコヒーレントな測定ビーム及び参照ビームは干渉信号７を形成し、その強度が光検出器５によって検出される。λ／４板Ｌ１は、別な実施形態として省略される場合、Ｓ２として通常のビームスプリッタを使用することができる。
【００２０】
ドップラー効果によって、振動中の測定対象６で反射された測定ビーム２の光は、測定対象表面の瞬時速度に応じて、周波数シフトされる。この周波数シフトは、走査されている物体表面の速度に直接比例している。こうして周波数シフトされた測定ビーム２は、変化していない参照ビーム３と重ね合わされるのではなく、ブラッグセル４によってその周波数がずらされた測定ビーム２と重ね合わされる。これにより、光検出器５の信号から、測定対象表面の瞬時振動速度を決定することができるだけでなく、その正負符号も決定することができる。これによって、振動往復運動は一義的（往も復も）に検出されることになる。
【００２１】
本発明による装置において、たとえば、この種のレーザドップラー振動計が３台使用される場合には、測定対象６ないしその表面の振動を三次元検出することができる。
【００２２】
この実施形態で使用される、波長６３２．８ｎｍ、共振器長２０４ｍｍのヘリウム・ネオン−レーザのレーザ光は、平均レーザ周波数４７４ＴＨｚを有している。この光源は、レーザ状態に応じ、１つまたは最大３つのアクティブレーザモードが形成されるマルチモードレーザである。モードの強度および周波数帯域におけるその正確な周波数位置に応じて、レーザ光の強度および周波数は大きく異なる。
【００２３】
レーザモード（アクティブおよびパッシブ）は、互いに、共振器長に応じたモード間隔Δνをとる。この所定のモード間隔Δνは、この実施形態で使用されるヘリウム・ネオン−レーザの場合、約７３５ＭＨｚである。
アクティブモードの選択はヘリウム・ネオン−レーザの強度プロファイルに基づいて行なわれるが、図２は強度プロファイルを視覚化したものである。
【００２４】
図２には、本実施形態で使用されるヘリウム・ネオン−レーザの、周波数を横軸とする強度プロファイルが示されている。それぞれ７３５ＭＨｚの間隔で４つのレーザモードが確認されるが、そのうち２つのレーザモードは強度プロファイルの内側でかつ発振しきい値を超えるものであり、アクティブモードである。この２つのアクティブモードは強度プロファイルに関して対称的ではないために、ここでは、周波数の高い方のモードが支配的となる。強度プロファイルの外端の２つのモードは振動開始せず、パッシブモードと称される。
【００２５】
レーザ共振器の温度変化時に、モードは強度プロファイルに基づいて“移動”する。温度が上昇し、それとともに共振器長が延びる場合には、図２に示したグラフにおいてモードは右から左へ移動し、温度が低下する場合には、左から右へ移動する。温度変化は、一方で周波数シフトをもたらし、他方でアクティブモードの振幅分布の変化をもたらす。温度変化が連続的であれば、それぞれ、強度プロファイルの片側で１つアクティブモードが消失し、強度プロファイルの他方の側に新たに１つのアクティブモードが現れる。
レーザの中心周波数からの基本モードの周波数偏移は数百ＭＨｚに達し得る。これは、レーザドップラー振動計中でブラッグセルによって作り出される周波数のずらし量を何倍も上回っている。
【００２６】
図４は、中心周波数からの基本モードの周波数偏移を示している。周波数ジャンプ（Ｄ）は同じ強さの２つモードが存在する箇所で発生し、この箇所で基本モードは変化する。図３および４はこれを視覚化したものであり、図３には、レーザの強度プロファイルとそのモードが、図２と同じグラフによって、４つの異なった動作状態（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）について示されている。図４には、これらの動作状態から生ずる基本モードの周波数偏移が表されており、動作状態（Ａ…）は、温度と相関して表された周波数カーブ上に記入されている。動作状態（Ｂ）では、基本モードの周波数が中心周波数と一致する対称的な３モード運転が生じていることが明瞭にみとめられる。レーザの冷却は、動作状態（Ａ）の方向へのモードシフトを結果し、他方、レーザの加熱は、動作状態（Ｃ）の方向へのモードシフトを引き起こす。それから生ずる基本モードの周波数シフトは図４から読み取ることができる。
いずれのモードも、モード振幅、モード周波数およびモード相を有する正弦振動として表すことができる。２つないし３つのモードが同時にアクティブであれば、周波数（モード間隔）の異なった２つないし３つの正弦振動が共振器に同時に形成される。レーザ光が、たとえば、ホトダイオードで測定される場合には、正弦振動の差周波数７３５ＭＨｚ時にヘテロダイン信号を測定することができる。この差周波数におけるヘテロダイン信号はビート信号と称される。
【００２７】
図５には、１つないし２つのモードでの動作におけうビート信号の強度が、レーザ共振器の温度変化と関係づけて示されている。ここでも、図３に示したモード状態（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）が付記されている。点（Ａ）、（Ｃ）および（Ｄ）には、それぞれ、それらの混合によってビート信号を形成する２つのアクティブモードが存在している。点（Ｂ）における信号の落ち込みは、１つのアクティブモードしか存在せず、その結果、信号の混合が実施不能であり、ビート信号がゼロに等しいことに基づいている。
【００２８】
図６は、２つないし３つのアクティブモードにおけるビート信号の強度を、ここでも、共振器の温度変化に関係づけて示している。点（Ａ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、２つのアクティブモードが存在する場合の強度プロファイルの状態と同じである。ビート信号が落ち込んでいる点（Ｂ）では、同時に３つのアクティブレーザモードが存在している。したがって、レーザは常に、７３５ＭＨｚでビート信号を発生する少なくとも２つのモードを有しており、それゆえ、この場合、図５に示した例とは異なって、ビート信号は完全には消失しない。ただし、点（Ｂ）でのビート信号落ち込みは依然として存在する。
図５および図６から明らかなように、ビート信号は、選択された動作状態での温度に依存する立ち上がりと立下りを有し、レーザ周波数制御のための制御量として適している。この立ち上がりと立下りを介して、ビート信号は、基本モードの周波数に一義的に対応づけることができる。
【００２９】
図１ｂには、本発明の範囲で使用可能なレーザドップラー振動計の、図１ａとは別な構成が示されており、この別実施形態では、２つの検出器が存在している。つまり、図１ａに示した光検出器５と同じであるが、ここでは振動計の干渉信号の検出のみを目的とした振動計検出器、及びビート信号を受信する別のビート検出器８である。ビート検出器のために、ミラーＳｐ１に代えてビーム路に設けられた第４のビームスプリッタＳ４から、この信号が出される。これに対して、図１ａに示した構成では、光検出器は、同時に、干渉信号とビート信号とを検出する。図１ａに示した実施形態は、測定対象によって戻ってくる散乱（反射）された光よりもはるかに大きな参照光が検出器に入ることを前提としている。これは一般にそうであり、それゆえに、ビート信号はほとんど近似的には参照光のみに依存しているといえる。
【００３０】
本発明による装置ないし本発明による方法にレーザドップラー振動計を適用するには、１つのモード（単モード）が支配的である周波数に合わせてレーザを制御するのが好適である。レーザ温度の制御ととともに、共振器長の制御は、レーザヒータの制御によって行なうことができる。このレーザヒータの制御は、ビート振幅の評価および／またはレーザのビート周波数の評価によって行なうことができる。
レーザヒータの制御に代えて、たとえば、レーザ電流は共振器の温度に影響を及ぼすので、レーザ電流調節式レーザ電源ユニットを利用してもよい。
また、その他の方法、たとえば温度制御プレートの利用、または、共振器鏡のポジションを的確に変化させることのできる圧電素子による共振器長の制御も可能である。
【００３１】
本発明により、特に、物体の二次元または三次元測定のために１つ以上のレーザドップラー振動計を用いて非接触光学振動測定を行なう装置および方法を、周囲環境による温度の影響やレーザドップラー振動計の位置変化によってクロストークを生じ得るレーザ周波数シフトが発生することによって測定が使用不可となり得る危険を招来することなく、長時間自動稼働させることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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【図３（Ｄ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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