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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025002449
(43)【公開日】2025-01-09
(54)【発明の名称】光干渉計
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20241226BHJP
G01S 17/931 20200101ALI20241226BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
G01S17/931
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023102636
(22)【出願日】2023-06-22
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉元 直輝
(72)【発明者】
【氏名】守口 智博
(72)【発明者】
【氏名】大山 浩市
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AA07
5J084AD01
5J084AD08
5J084BA03
5J084BA45
5J084BA48
5J084BB28
5J084CA08
5J084CA33
5J084EA01
(57)【要約】
【課題】ノイズフロアの上昇を抑制することができる光干渉計を提供する。
【解決手段】光干渉計は、光源２０と、光源２０が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分ける分岐部３０と、測定信号を外部空間に送信するとともに、外部空間から戻った測定信号を受信する送受信部４０と、送受信部４０が受信した測定信号と参照信号とを干渉させて干渉信号を生成する干渉部６０と、分岐部３０から干渉部６０までの参照信号の遅延長である参照信号遅延長を調整する遅延長調整部５０と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】光干渉計は、光源２０と、光源２０が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分ける分岐部３０と、測定信号を外部空間に送信するとともに、外部空間から戻った測定信号を受信する送受信部４０と、送受信部４０が受信した測定信号と参照信号とを干渉させて干渉信号を生成する干渉部６０と、分岐部３０から干渉部６０までの参照信号の遅延長である参照信号遅延長を調整する遅延長調整部５０と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光干渉計であって、
光源（２０）と、
前記光源が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分ける分岐部（３０）と、
前記測定信号を外部空間に送信するとともに、前記外部空間から戻った前記測定信号を受信する送受信部（４０）と、
前記送受信部が受信した前記測定信号と前記参照信号とを干渉させて干渉信号を生成する干渉部（６０）と、
前記分岐部から前記干渉部までの前記参照信号の遅延長である参照信号遅延長を調整する遅延長調整部（５０）と、を備える光干渉計。
光源（２０）と、
前記光源が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分ける分岐部（３０）と、
前記測定信号を外部空間に送信するとともに、前記外部空間から戻った前記測定信号を受信する送受信部（４０）と、
前記送受信部が受信した前記測定信号と前記参照信号とを干渉させて干渉信号を生成する干渉部（６０）と、
前記分岐部から前記干渉部までの前記参照信号の遅延長である参照信号遅延長を調整する遅延長調整部（５０）と、を備える光干渉計。
【請求項2】
前記参照信号遅延長の変化に対する前記干渉信号の変化に基づいて前記参照信号遅延長を設定する信号処理部（８０）を備える請求項１に記載の光干渉計。
【請求項3】
前記信号処理部は、前記干渉信号を周波数領域に変換して得られたスペクトルのスロープ形状に基づいて前記参照信号遅延長を設定する請求項２に記載の光干渉計。
【請求項4】
前記信号処理部は、前記スペクトルのスロープ高さが０に近づくように前記参照信号遅延長を設定する請求項３に記載の光干渉計。
【請求項5】
前記信号処理部は、前記干渉信号の中心周波数に基づいて前記参照信号遅延長を設定する請求項２に記載の光干渉計。
【請求項6】
前記信号処理部は、前記中心周波数が０Ｈｚに近づくように前記参照信号遅延長を設定する請求項５に記載の光干渉計。
【請求項7】
前記光源は、時間の経過とともに周波数が変化する光信号を出力し、
前記信号処理部は、前記干渉信号に基づいて、前記外部空間において前記測定信号を反射した物体の測距を行い、
前記光源は、前記信号処理部が前記参照信号遅延長の設定を行うときには、前記信号処理部が前記測距を行うときに比べて、前記周波数の変化率を大きくする請求項６に記載の光干渉計。
前記信号処理部は、前記干渉信号に基づいて、前記外部空間において前記測定信号を反射した物体の測距を行い、
前記光源は、前記信号処理部が前記参照信号遅延長の設定を行うときには、前記信号処理部が前記測距を行うときに比べて、前記周波数の変化率を大きくする請求項６に記載の光干渉計。
【請求項8】
前記遅延長調整部は、入力された光信号が複数のミラー（５１、５２、５３、５４）で反射した後に出力される光路を備え、複数の前記ミラーのうち少なくとも一部の位置を変化させることにより、前記参照信号遅延長を変化させる請求項１に記載の光干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光干渉計に関するものである。
【背景技術】
【0002】
自動車の周囲の物体を検知するＦＭＣＷ方式のＬｉＤＡＲ等に用いられる光干渉計では、光学窓、ファイバ出射端、光ＩＣ（集積回路）出射端等からの後方散乱（Back Reflection）により測距性能が劣化することが知られている。ＦＭＣＷは、Frequency Modulated Continuous Waveの略である。ＬｉＤＡＲは、Light Detection And Rangingの略である。例えば、後方散乱の光が光源に戻ると、出力光の振幅および位相雑音が増加し、線幅が増加する。
【0003】
特許文献１では、光源の出力光の偏波と後方散乱の光の偏波とを１／４波長板等の偏光子を用いて直交させることにより、後方散乱の光が偏光子を通過して光源に戻ることを抑制し、後方散乱の影響を緩和する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第１１３５３８８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
光干渉計では、光源から出力された光を測定信号と参照信号とに分け、これらの干渉信号を用いて測距等を行う。そして、光干渉計では、光源に戻る後方散乱成分の他に、測定信号と同じ経路を辿って参照信号と干渉する後方散乱成分も存在する。これによってノイズフロアが上昇してＳＮ比が低下し、検知距離の低下等の性能低下が生じるおそれがあるため、後方散乱成分と参照信号との干渉によるノイズフロアの上昇の抑制が必要である。しかしながら、特許文献１では、これらの干渉についての対策は提案されていない。
【0006】
本開示は上記点に鑑みて、ノイズフロアの上昇を抑制することができる光干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本開示の１つの観点によれば、光干渉計は、光源（２０）と、光源が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分ける分岐部（３０）と、測定信号を外部空間に送信するとともに、外部空間から戻った測定信号を受信する送受信部（４０）と、送受信部が受信した測定信号と参照信号とを干渉させて干渉信号を生成する干渉部（６０）と、分岐部から干渉部までの参照信号の遅延長である参照信号遅延長を調整する遅延長調整部（５０）と、を備える。
【0008】
これによれば、参照信号遅延長を調整して後方散乱の光の遅延長に近づけることが可能となるため、後方散乱の干渉信号への影響を低減し、ノイズフロアの上昇を抑制することができる。
【0009】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１実施形態にかかる光干渉計の構成を示す図である。
【図2】遅延長調整部の構成を示す図である。
【図3】参照信号および受信信号の周波数を示す図である。
【図4】ビート信号の振幅を示す図である。
【図5】ビート信号のパワースペクトルである。
【図6】ビート信号のパワースペクトルである。
【図7】ノイズフロアのスロープ高さを示す図である。
【図8】射出光の角度を示す図である。
【図9】第２実施形態における遅延長調整方法について説明するための図である。
【図10】チャープレートとビート周波数分解能との関係を示す図である。
【図11】測定信号と調整用信号の中心周波数を示す図である。
【図12】第３実施形態における遅延長調整部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0012】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態では、光干渉計をＦＭＣＷ方式のＬｉＤＡＲに用いる場合について説明するが、光干渉計を他の用途に用いてもよい。
第１実施形態について説明する。本実施形態では、光干渉計をＦＭＣＷ方式のＬｉＤＡＲに用いる場合について説明するが、光干渉計を他の用途に用いてもよい。
【0013】
図１に示すように、光干渉計は、筐体１０と、光源２０と、分岐部３０と、送受信部４０と、遅延長調整部５０と、干渉部６０と、受光部７０と、信号処理部８０と、光ＩＣ９０と、基板１００とを備えている。光源２０～基板１００は、筐体１０の内部の空間に配置されている。
【0014】
光源２０は、半導体光増幅器等で構成されたレーザー光源である。光源２０、分岐部３０、干渉部６０、受光部７０は、半導体プロセスで形成された光ＩＣ９０に配置されており、光ＩＣ９０と信号処理部８０は、シリコン等で構成された基板１００に配置されている。光源２０は光ＩＣ９０に形成された導波路によって分岐部３０に接続されており、光源２０が出力した光信号は、分岐部３０に入力される。
【0015】
分岐部３０は、光源２０が出力した光信号を測定信号と参照信号とに分けるものである。測定信号は、物体を検出するための光信号であり、参照信号は、ＦＭＣＷ方式の測距のための光信号である。分岐部３０は、導波路を分岐させるカプラ等で構成されており、光源２０から延設された導波路を２つに分けるように設けられている。
【0016】
分岐部３０で分岐した２つの導波路のうち、一方の導波路は、光ＩＣ９０の端面まで延設され、基板１００上の導波路によって基板１００の端面に接続されており、基板１００の端面から射出された測定信号が送受信部４０に入力される。他方の導波路は、遅延長調整部５０を介して干渉部６０に接続されており、参照信号は、この導波路を伝搬して干渉部６０に入力される。なお、遅延長調整部５０は、例えば光ファイバーケーブルによって基板１００に接続されており、分岐部３０および干渉部６０は、光ＩＣ９０上の導波路と、基板１００上の導波路と、この光ファイバーケーブルとによって遅延長調整部５０に接続されている。そして、参照信号は、分岐部３０から基板１００の端面まで延設された導波路と、遅延長調整部５０の入力側の光ファイバーケーブルとを伝搬して、遅延長調整部５０に入力される。遅延長調整部５０を通った参照信号は、遅延長調整部５０の出力側の光ファイバーケーブルと、基板１００の端面から干渉部６０まで延設された導波路とを伝搬して、干渉部６０に入力される。
【0017】
送受信部４０は、測定信号を筐体１０の外部空間に送信するとともに、筐体１０の外部空間から戻った測定信号を受信するものである。送受信部４０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー等で構成されている。
【0018】
筐体１０には開口部が設けられており、この開口部は、ガラス（ＳｉＯ２）等の光信号が透過する材料で構成された板状の光学窓１１によって覆われている。分岐部３０から送受信部４０に入力された測定信号は、送受信部４０が備えるＭＥＭＳミラーによって反射した後、光学窓１１を通過して筐体１０の外部空間に照射される。そして、送受信部４０がＭＥＭＳミラーを揺動させることにより、筐体１０の外部空間において測定信号が走査される。
【0019】
筐体１０の外部空間にある物体で反射した測定信号が光学窓１１を通過して筐体１０の内部に戻ると、この測定信号は送受信部４０が備えるＭＥＭＳミラーで反射して、基板１００の端面に照射される。この端面には干渉部６０に接続された導波路が露出しており、送受信部４０が受信した光信号は、干渉部６０に入力される。
【0020】
なお、矢印Ａ１で示すように、光学窓１１では測定信号の後方散乱が生じ、送受信部４０から光学窓１１に照射される測定信号の一部は、光学窓１１で反射して送受信部４０によって受信され、干渉部６０に入力される。すなわち、送受信部４０が受信した光信号を受信信号とすると、受信信号には、光学窓１１を通過して筐体１０の内部に戻った測定信号と、光学窓１１で反射した測定信号とが含まれる。光学窓１１を通過して筐体１０の内部に戻った測定信号を第１受信信号とし、光学窓１１で反射した測定信号を第２受信信号とする。
【0021】
遅延長調整部５０は、分岐部３０から干渉部６０までの参照信号の遅延長（以下、参照信号遅延長という）を調整するものである。参照信号遅延長は、具体的には、分岐部３０から干渉部６０までの参照信号が伝搬する光路の長さである。遅延長調整部５０は、入力された光信号が複数の折り返しミラーで反射した後に出力される光路を備えており、複数のミラーのうち少なくとも一部の位置を変化させることにより、参照信号遅延長を変化させる。
【0022】
本実施形態では、図２に示すように、遅延長調整部５０は、ミラー５１、５２、５３、５４を備え、入力光は矢印Ａ２で示すようにミラー５１～５４で順に反射した後に出力されるようになっている。ミラー５２、５３は可動ミラーとされており、遅延長調整部５０は、矢印Ａ３、Ａ４で示すようにミラー５２、５３の位置を変化させることによって参照信号遅延長を調整する。
【0023】
具体的には、遅延長調整部５０は、ミラー５２をミラー５１に近づけるとともにミラー５３をミラー５４に近づけることにより、参照信号遅延長を短くする。あるいは、遅延長調整部５０は、ミラー５２をミラー５１から遠ざけるとともにミラー５３をミラー５４から遠ざけることにより、参照信号遅延長を長くする。
【0024】
例えば、遅延長調整部５０は、図示しないレール状の部材を備えており、ミラー５２、５３は、このレール状の部材に配置されている。そして、遅延長調整部５０は図示しないモータ、ギア等を組み合わせた機構を備えており、この機構を用いてミラー５２、５３をレール状の部材の上でスライドさせることにより、ミラー５２、５３の位置を変化させる。
【0025】
また、光干渉計の出荷前に参照信号遅延長を調整する場合には、ミラー５２、５３の位置を手動で調整してもよい。例えば、上記のレール状の部材の上で、ミラー５２、５３を手動でスライドさせ、参照信号遅延長を調整した後にミラー５２、５３を固定してもよい。また、例えば、ミラー５２、５３をねじで固定し、ミラー５２、５３と固定部材との間にシムプレートを挟み、このシムプレートの厚さを変えることにより、ミラー５２、５３の位置を変化させてもよい。分岐部３０が生成した参照信号は、遅延長調整部５０を通過して干渉部６０に入力される。
【0026】
干渉部６０は、送受信部４０が受信した測定信号と参照信号とを干渉させて干渉信号を生成するものである。干渉部６０は、２つの導波路を合流させるカプラ等を備え、分岐部３０から遅延長調整部５０を介して接続された導波路と、送受信部４０に対向する基板１００の端面から接続された導波路とを合流させ、これらの導波路を伝搬した光を合波するように設けられている。干渉部６０によって合流した導波路は、受光部７０に接続されており、干渉信号は受光部７０に入力される。
【0027】
受光部７０は、干渉部６０が生成した干渉信号を電気信号に変換するものであり、フォトディテクタ等で構成されている。受光部７０は基板１００に形成された電気配線によって信号処理部８０に接続されており、受光部７０の出力信号は信号処理部８０に入力される。
【0028】
信号処理部８０は、電気信号に変換された干渉信号に基づいて、筐体１０の外部空間において測定信号を反射した物体の測距を行うものである。信号処理部８０は、基板１００に配置されたＩＣ等で構成されている。
【0029】
信号処理部８０が行うＦＭＣＷ方式の測距について説明する。光源２０は、時間の経過とともに周波数が変化する光信号を出力する。ここでは、この光信号の周波数が、単調増加と単調減少とを繰り返す三角波状に変化する場合について説明する。
【0030】
ＦＭＣＷ方式では、受信信号と参照信号とが干渉することで発生するビート信号を検出し、ビート信号の周波数に基づいて物体の距離および速度を算出する。第１受信信号は、参照信号に対して、光干渉計と物体との距離によって位相シフトするとともに、物体の光干渉計に対する相対速度によってドップラーシフトする。ビート信号の周波数は、この位相シフトとドップラーシフトによる参照信号と第１受信信号との周波数差が反映されたものとなる。信号処理部８０は、受光部７０から送信された信号を周波数領域に変換してビート信号の周波数を検出し、検出された周波数を用いて物体の距離および速度を算出する。
【0031】
図３において、実線は参照信号の周波数を示す。測定信号が光干渉計に対する相対速度が０の物体で反射すると、第１受信信号の周波数は、一点鎖線で示すようになる。すなわち、第１受信信号は、光干渉計と物体との距離に応じて、参照信号に対して位相遅れが生じる。そして、測定信号が光干渉計に接近する物体で反射すると、第１受信信号の周波数は参照信号よりも周波数が高くなり、二点鎖線で示すようになる。
【0032】
検知された物体の相対速度が０の場合には、参照信号と受信信号との周波数差であるビート周波数ｆｂｅａｔは、数式１のようになる。
【0033】
【数1】
【0034】
物体が光干渉計に対して相対速度を持つ場合には、図３の一点鎖線のグラフと二点鎖線のグラフとの周波数差であるドップラーシフトｆｄは、数式２のようになる。
【0035】
【数2】
【0036】
干渉部６０によって生成されるビート信号からは、ビート周波数ｆｕｐ、ｆｄｏｗｎの成分が検出される。ビート周波数ｆｕｐは、参照信号および受信信号の周波数が単調増加しているときの参照信号と受信信号との周波数差である。ビート周波数ｆｄｏｗｎは、参照信号および受信信号の周波数が単調減少しているときの参照信号と受信信号との周波数差である。数式３、数式４に示すｔＤｉｓ、Ｖｄｉｆｆは、ビート周波数ｆｂｅａｔおよびドップラーシフトｆｄに対応するパラメータであり、ビート周波数ｆｂｅａｔおよびドップラーシフトｆｄはビート周波数ｆｕｐ、ｆｄｏｗｎを用いてこのように算出される。
【0037】
【数3】
【0038】
【数4】
【0039】
【数5】
【0040】
【数6】
【0041】
第１受信信号と参照信号の干渉により生成されるビート信号の強度は、以下のようになる。第１受信信号と参照信号の光エネルギーをそれぞれＥＳｉｇｎａｌ、ＥＬｏｃａｌとすると、光エネルギーＥＳｉｇｎａｌ、ＥＬｏｃａｌは、数式７、数式８のようになる。
【0042】
【数7】
【0043】
【数8】
【0044】
【数9】
【0045】
第１受信信号と参照信号の干渉信号の光エネルギーをＥ１とすると、Ｅ１（ｔ）＝ＥＳｉｇｎａｌ（ｔ）＋ＥＬｏｃａｌ（ｔ）であるので、信号処理部８０が検出するビート信号の強度は、数式１０のようになる。
【0046】
【数10】
【0047】
【数11】
【0048】
【数12】
【0049】
これに対して、数式１２において、位相雑音の差分成分である余弦波成分の周波数を０とすることにより、すなわち、ｄｉｓＬ＝ｄｉｓＢとしてｆＬ＝ｆＢとすることにより、後方散乱によるノイズを低減できると考えられる。信号処理部８０は、ｄｉｓＬをｄｉｓＢに近づけるように、参照信号遅延長を調整する。本実施形態では、信号処理部８０は、ビート信号を周波数領域に変換し、これにより得られたスペクトルのスロープ形状に基づいて、参照信号遅延長を設定する。
【0050】
具体的には、光干渉計の起動後、１回目の調整においては、信号処理部８０は、参照信号遅延長を現在の距離よりも長い距離、あるいは、短い距離に設定し、設定した距離に応じた信号を遅延長調整部５０に送信する。
【0051】
遅延長調整部５０は、信号処理部８０から送信された信号に応じて、ミラー５２、５３の位置を変化させる。すなわち、信号処理部８０が参照信号遅延長を現在よりも長い距離に設定した場合には、遅延長調整部５０は、信号処理部８０内の光路長が現在よりも長くなるようにミラー５２、５３を移動させる。一方、信号処理部８０が参照信号遅延長を現在よりも短い距離に設定した場合には、遅延長調整部５０は、信号処理部８０内の光路長が現在よりも短くなるようにミラー５２、５３を移動させる。
【0052】
遅延長調整部５０がミラー５２、５３を移動させることにより、参照信号遅延長が変化し、ビート信号のスペクトルの形状が変化する。２回目以降の調整では、信号処理部８０は、ビート信号のスペクトル形状が変化した後のノイズフロアのスロープ高さと、前回の、すなわち、ビート信号のスペクトル形状が変化する前のノイズフロアのスロープ高さとに基づいて、参照信号遅延長を設定する。ここでのスロープ高さは、平均スペクトルの特定の周波数帯域における振幅値またはパワーと理想のノイズフロアレベルとの差分である。
【0053】
信号処理部８０は、変化後のスロープ高さが変化前よりも大きい場合には、参照信号遅延長を前回とは逆方向に変化させた距離に設定し、設定した距離に応じた信号を遅延長調整部５０に送信する。一方、信号処理部８０は、変化後のスロープ高さが変化前よりも小さい場合には、参照信号遅延長を前回と同じ方向に変化させた距離に設定し、設定した距離に応じた信号を遅延長調整部５０に送信する。参照信号遅延長の変化量は、例えば現在のスロープ高さと前回のスロープ高さとの差の絶対値に応じて設定される。
【0054】
ビート信号のスペクトルは、例えば図６に示すようになる。そして、このようなスペクトルの平均は、例えば図７に示すようになる。図７の実線は実際のノイズフロアを含むビート信号のスペクトルの平均を示し、破線は理想のノイズフロアレベルを示す。そして、例えば矢印Ａ５で示すスロープ高さに基づいて、参照信号遅延長が設定される。
【0055】
このように、信号処理部８０は、参照信号遅延長の変化に対する干渉信号の変化に基づいて新たな参照信号遅延長を設定する。信号処理部８０は、このような処理を繰り返すことにより、スペクトルのスロープ高さを０に近づける。この参照信号遅延長の調整処理は、光干渉計の出荷前に行ってもよいし、出荷後に行ってもよい。参照信号遅延長の調整処理を出荷後に行う場合には、例えば、光干渉計の起動中、測距処理と参照信号遅延長の調整処理とが交互に実行される。
【0056】
なお、図８に示すように、送受信部４０は射出光の角度を変えて光学窓１１に照射することにより、所定の検知範囲を走査する。光学窓１１における後方散乱は、射出光の角度によって遅延長および光量が異なる。例えば図８の矢印Ａ６～Ａ１０で示す射出光では、矢印Ａ６、Ａ１０で示す射出光の遅延長が最長となり、矢印Ａ８で示す射出光の遅延長が最短となる。そして、後方散乱の光量は、矢印Ａ８で示す射出光の光量が最大となり、矢印Ａ６、Ａ１０で示す射出光の光量が最小となる。信号処理部８０によってノイズフロアのスロープ高さを０に近づける際には、光量の多い射出光の遅延長に対応して参照信号遅延長が調整される。例えば図８では、矢印Ａ８で示す射出光の遅延長に対応して参照信号遅延長が調整される。
【0057】
以上説明したように、本実施形態では、遅延長調整部５０により、参照信号遅延長を調整して後方散乱の光の遅延長に近づけることが可能であるため、後方散乱の干渉信号への影響を低減し、ノイズフロアの上昇を抑制することができる。
【0058】
また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0059】
（１）参照信号遅延長の変化に対する干渉信号の変化に基づいて参照信号遅延長を設定する信号処理部８０を備える。これによれば、参照信号遅延長を効率的に後方散乱の光の遅延長に近づけることができる。
【0060】
（２）信号処理部８０は、干渉信号を周波数領域に変換して得られたスペクトルのスロープ形状に基づいて参照信号遅延長を設定する。これによれば、ノイズフロアレベルを直接制御することができる。
【0061】
（３）信号処理部８０は、干渉信号を周波数領域に変換して得られたスペクトルのスロープ高さが０に近づくように記参照信号遅延長を設定する。これによれば、ノイズフロアを理論値付近まで低減することができる。
【0062】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して参照信号遅延長の調整方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して参照信号遅延長の調整方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0063】
本実施形態の信号処理部８０は、干渉信号の中心周波数に基づいて参照信号遅延長を設定する。具体的には、図９に示すようにビート信号のスペクトルの中心周波数が検出された場合に、矢印Ａ１１で示すように、この中心周波数をＤＣすなわち０Ｈｚに近づけるように参照信号遅延長を設定する。
【0064】
例えば、光干渉計の起動後、１回目の調整においては、信号処理部８０は、参照信号遅延長を現在の距離よりも長い距離、あるいは、短い距離に設定し、設定した距離に応じた信号を遅延長調整部５０に送信する。そして、遅延長調整部５０は、信号処理部８０から送信された信号に応じて、ミラー５２、５３の位置を変化させる。
【0065】
遅延長調整部５０がミラー５２、５３を移動させることにより、参照信号遅延長が変化し、ビート信号のスペクトルの中心周波数が変化する。信号処理部８０は、変化後の中心周波数が前回よりも高い場合には、参照信号遅延長を前回とは逆方向に変化させた距離に設定する。一方、信号処理部８０は、中心周波数が前回よりも低い場合には、参照信号遅延長を前回と同じ方向に変化させた距離に設定する。信号処理部８０は、このような処理を繰り返すことにより、ビート信号の中心周波数を０Ｈｚに近づける。
【0066】
なお、参照信号および測定信号のチャープレートが高いほどビート周波数も高くなり、ビート周波数の遅延時間に対する感度が高くなる。したがって、チャープレートを高くすることにより、参照信号遅延長の調整精度を向上させることができる。そこで、参照信号遅延長の調整時には、光源２０から出力される光信号のチャープレートを測距時よりも高くしてもよい。
【0067】
すなわち、測距時、調整時のチャープレートをそれぞれＦＭＷ１、ＦＭＷ２とし、測距時、調整時のビート周波数をそれぞれｆｂｅａｔ１、ｆｂｅａｔ２とし、ＦＭＷ２＞ＦＭＷ１とすると、図１０、図１１に示すように、ｆｂｅａｔ２＞ｆｂｅａｔ１となる。例えば、ＦＭＷ２＝２ＦＭＷ１とすると、ｆｂｅａｔ２＝２ｆｂｅａｔ１となる。なお、図１０の実線、破線はそれぞれ測距時の参照信号、受信信号の周波数を示し、一点鎖線、二点鎖線はそれぞれチャープレートの調整時の参照信号、受信信号の周波数を示す。
【0068】
本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0069】
また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0070】
（１）光源２０は、信号処理部８０が参照信号遅延長の設定を行うときには、信号処理部８０が測距を行うときに比べて、出力する光信号の周波数の変化率を大きくする。これによれば、参照信号遅延長の調整精度を向上させることができる。
【0071】
（２）信号処理部８０は、干渉信号の中心周波数に基づいて参照信号遅延長を設定する。中心周波数は光路長に対応しているため、中心周波数を参照することにより、必要な遅延量を直接導出することができる。
【0072】
（３）信号処理部８０は、中心周波数が０Ｈｚに近づくように参照信号遅延長を設定する。これによれば、第２受信信号と参照信号との時間差を光路長に対応した中心周波数で制御することができる。
【0073】
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して遅延長調整部５０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して遅延長調整部５０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0074】
図１２に示すように、本実施形態の遅延長調整部５０は、ミラー５１～５４の前段に光位相シフタ５５を備えており、入力された光信号が光位相シフタ５５を通過した後にミラー５１～５４で反射して出力されるようになっている。そして、遅延長調整部５０は信号処理部８０からの信号に応じて、ミラー５２、５３の位置に加えて、光位相シフタ５５による位相シフト量を変化させることにより、参照信号遅延長を調整する。
【0075】
本実施形態では、光位相シフタ５５は光ＩＣ９０に形成されるが、参照信号の伝搬経路を光ファイバで構成する場合には、この光ファイバに光位相シフタ５５を形成してもよい。
【0076】
本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0077】
（他の実施形態）
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【0078】
第３実施形態において、第２実施形態のようにビート信号の中心周波数に基づいて参照信号遅延長を調整してもよい。
【0079】
第３実施形態において、遅延長調整部５０がミラー５１～５４を備えず、光位相シフタ５５のみによって参照信号遅延長を調整してもよい。
【0080】
送受信部４０を光源２０等と共に光ＩＣ９０に形成してもよい。例えば、送受信部４０を光ＩＣ９０に形成された回折格子で構成し、この回折格子から光を射出してもよい。また、送受信部４０を分岐部３０から光ＩＣ９０の端面まで延設された複数の導波路で構成し、この複数の導波路の端面から光を射出してもよい。
【0081】
参照信号遅延長を光学窓１１以外での後方散乱成分の遅延長に合わせて調整してもよい。例えば、光ＩＣ９０、基板１００の測定信号が射出される端面における後方散乱の遅延長に合わせて参照信号遅延長を調整してもよい。また、送受信部４０を前述したように回折格子や導波路で構成する場合には、送受信部４０の出射面における後方散乱の遅延長に合わせて参照信号遅延長を調整してもよい。また、送受信部４０において測定信号を光ファイバから出射する構成とする場合には、ファイバ出射端における後方散乱の遅延長に合わせて参照信号遅延長を調整してもよい。
【符号の説明】
【0082】
２０ 光源
３０ 分岐部
４０ 送受信部
５０ 遅延長調整部
３０ 分岐部
４０ 送受信部
５０ 遅延長調整部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】