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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-14
(45)【発行日】2022-02-03
(54)【発明の名称】光コム発生装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/01 20060101AFI20220127BHJP
G01S 17/32 20200101ALI20220127BHJP
【ＦＩ】
G02F1/01 B
G01S17/32
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021055640
(22)【出願日】2021-03-29
【審査請求日】2021-06-11
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503249810
【氏名又は名称】株式会社ＸＴＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100192212
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 貴明
(74)【代理人】
【識別番号】100200001
【弁理士】
【氏名又は名称】北原 明彦
(72)【発明者】
【氏名】今井 一宏
(72)【発明者】
【氏名】興梠 元伸
【審査官】堀部 修平
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０８６１３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２４４６２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００９２１５８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００ － １７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計測用の光コム発生装置であって、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の光コム発生器を備える光コム発生部と、
基準周波数信号に位相同期されたＮ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ種類の駆動信号を上記Ｍ個の光コム発生器に供給して、上記光コム発生部からＭ種類の光コムを出力させる制御を行う駆動制御部と
を備え、
上記光コム発生部は、上記Ｍ個の光コム発生器から、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ種類の光コムを出力することを特徴とする光コム発生装置。
【請求項2】
上記駆動制御部は、上記基準周波数信号に位相同期された互いに変調周波数の異なるＮ種類の変調信号を出力するＮ個の信号源と、
上記Ｎ個の信号源に接続されたＮ入力Ｍ出力のスイッチ部と、
上記スイッチ部の動作を制御して、Ｎ種類の変調信号を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を出力させる切り替え制御手段と
を備え、
上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として上記Ｍ個の光コム発生器に供給することを特徴とする請求項１記載の光コム発生装置。
【請求項3】
上記Ｎ個の信号源は、それぞれＰＬＬ回路により基準の周波数信号に位相同期された変調周波数が固定された状態のＮ種類の変調信号を発生することを特徴とする請求項２に記載の光コム発生装置。
【請求項4】
上記駆動制御部は、上記基準周波数信号に位相同期されたシステムクロックにより動作するＭ個のＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）からなる信号源と、
上記Ｍ個のＤＤＳの動作を制御して、Ｎ種類の変調周波数を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を出力させる切り替え制御手段と
を備え、
上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として上記光コム発生部に供給することを特徴とする請求項１記載の光コム発生装置。
【請求項5】
測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計測用の光コム発生装置であって、
基準周波数信号に位相同期された互いに変調周波数の異なるＮ種類の変調信号を駆動信号として出力するＮ個の信号源と、
上記Ｎ個の信号源から出力される駆動信号により駆動され、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周波数が異なるＮ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器を備える光コム発生部と、
上記光コム発生部に備えた上記Ｎ個の光コム発生器により発生されるＮ種類の光コムから、互いに変調周波数が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力するＮ入力Ｍ出力の光スイッチと、
上記基準周波数信号に同期して上記光スイッチによる光コムの選択動作を制御する光スイッチ制御部と
を備えることを特徴とする光コム発生装置。
【請求項6】
上記駆動制御部は、切替順序の一方向と逆方向を連続させて切り替える巡回方式でＮ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを上記光コム発生部から出力させる制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光コム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計などに用いられる光コム発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、精密なポイントの距離計測が可能なアクティブ式距離計測方法として、レーザ光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザ光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザ距離計ではレーザ光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測定対象物までの距離が算出される（たとえば特許文献１参照）。また、例えば、半導体レーザの駆動電流に三角波等の変調をかけ、対象物での反射光を半導体レーザ素子の中に埋め込まれたフォトダイオードを使用して受光し、フォトダイオード出力電流に現れた鋸歯状波の主波数から距離情報を得ている。
【0003】
ある点から測定点までの絶対距離を高精度で測定する装置としてレーザ距離計が知られている。たとえば、特許文献１には、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計が記載されている。
【0004】
従来の絶対距離計では、長い距離を高精度で測れる実用的な絶対距離計を実現することが難しく、高い分解能を得るためにはレーザ変位計のように原点復帰が必要なため絶対距離測定に適さない方法しか手段がなかった。
【0005】
本件発明者等は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周波数が異なる干渉性のある基準光と測定光をパルス出射する２つの光コム発生器を備え、基準面に照射される基準光パルスと測定面に照射される測定光パルスとの干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光パルスと上記測定面により反射された測定光パルスとの干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な光コム距離計を先に提案している（例えば、特許文献２参照。）。
【0006】
また、測定面までの距離の基準点位置を基準光路により規定して、長距離測定を高精度で、しかも短時間に行うことができるようにした光コム距離計を先に提案している（例えば、特許文献３参照）。
【0007】
光コム距離計では、原理的に周波数が異なる２種類の変調信号により駆動される２つの光コム発生器からパルス出射される干渉性のある基準光パルスと測定光パルスを用いることにより、信号処理部において、基準光検出器により得られる干渉信号（以下、参照信号と言う。）と、測定光検出器により得られる干渉信号（以下、測定信号と言う。）について周波数解析を行い、光コムの中心周波数から数えたモード番号をＰとして、参照信号と測定信号のＰ次モード同士の位相差を計算して光コム発生器から基準点までの光コム生成、伝送過程の光位相差を相殺した後、周波数軸で次数１あたりの位相差の増分を計算して信号パルスの位相差を求めることにより、基準点から測定面までの距離を算出する。
【0008】
ここで、マイクロ波帯域の変調周波数にΔｆ（例えば、５００ｋＨｚ）の周波数差のある１対の変調信号により駆動される２つの光コム発生器から出力される基準光パルスと測定光パルスを用いて行われる光コム距離計における相対距離測定の計測速度は、上記変調周波数の周波数差Δｆで決定され、絶対距離測定では、基準光パルスと測定光パルスの変調周波数を切り替えて、複数回距離測定を行って得られる各位相から絶対距離を計算する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２００１－３４３２３４号公報
【文献】特許第５２３１８８３号公報
【文献】特開２０２０－１２６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計では、原理的に２つの光コム発生器を駆動する２種類の変調信号を交互に切り替えることにより、距離計測を行うことができるのであるが、測定対象以外の信号返送経路による位相オフセットが測定誤差となるという問題点がある。また、測定対象が速度をもって移動している場合も考慮しなければならない問題もある。
【0011】
本発明の目的は、上述の如き問題点に鑑み、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計などにおいて、測定対象以外の信号伝送経路による位相オフセットを補正して高精度に絶対距離結果を得ることができる光コム発生装置を提供することにある。
【0012】
また、本発明の他の目的は、移動速度が速くなればなるほど絶対距離の測定時間を短縮する必要がある移動体に対しても、高精度に絶対距離測定を行うことができる光コム発生装置を提供することにある。
【0013】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明は、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計測用の光コム発生装置であって、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の光コム発生器を備える光コム発生部と、基準周波数信号に位相同期されたＮ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ種類の駆動信号を上記Ｍ個の光コム発生器に供給して、上記光コム発生部からＭ種類の光コムを出力させる制御を行う駆動制御部とを備え、上記光コム発生部は、上記Ｍ個の光コム発生器から、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ種類の光コムを出力することを特徴とする。
【0015】
本発明に係る光コム発生装置において、上記駆動制御部は、上記基準周波数信号に位相同期された互いに変調周波数の異なるＮ種類の変調信号を出力するＮ個の信号源と、上記Ｎ個の信号源に接続されたＮ入力Ｍ出力のスイッチ部と、上記スイッチ部の動作を制御して、Ｎ種類の変調信号を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を出力させる切り替え制御手段とを備え、上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として上記Ｍ個の光コム発生器に供給するものとすることができる。
【0016】
また、本発明に係る光コム発生装置において、上記Ｎ個の信号源は、それぞれＰＬＬ回路により基準の周波数信号に位相同期された変調周波数が固定された状態のＮ種類の変調信号を発生するものとすることができる。
【0017】
さらに、本発明に係る光コム発生装置において、上記駆動制御部は、上記基準周波数信号に位相同期されたシステムクロックにより動作するＭ個のＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）からなる信号源と、上記Ｍ個のＤＤＳの動作を制御して、Ｎ種類の変調周波数を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を出力させる切り替え制御手段とを備え、上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として上記光コム発生部に供給するものとすることができる。
【0018】
また、本発明は、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計測用の光コム発生装置であって、 基準周波数信号に位相同期された互いに変調周波数の異なるＮ種類の変調信号を駆動信号として出力するＮ個の信号源と、上記Ｎ個の信号源から出力される駆動信号により駆動され、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周波数が異なるＮ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器を備える光コム発生部と、上記光コム発生部に備えた上記Ｎ個の光コム発生器により発生されるＮ種類の光コムから、互いに変調周波数が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力するＮ入力Ｍ出力の光スイッチと、上記基準周波数信号に同期して上記光スイッチによる光コムの選択動作を制御する光スイッチ制御部とを備えることを特徴とする。
【0019】
さらに、本発明に係る光コム発生装置において、上記駆動制御部は、切替順序の一方向と逆方向を連続させて切り替える巡回方式でＮ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを上記光コム発生部から出力させる制御を行うものとすることができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明では、基準周波数信号に位相同期されたＭ種類の駆動信号を光コム発生部に供給して、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを出力させることにより、測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計などにおいて、測定対象以外の信号伝送経路による位相オフセットを補正して高精度に絶対距離結果を得ることができる。
【0021】
また、本発明によれば、移動速度が速くなればなるほど絶対距離の測定時間を短縮する必要がある移動体に対しても、絶対距離の測定時間を短縮して高精度に絶対距離測定を行うことができる光コム発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明を適用した光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】上記光コム発生装置において、２つ光コム発生器に供給される駆動信号の状態遷移を示す状態遷移図である。
【図3】上記光コム発生装置におけるスイッチ部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図4】本発明を適用した光コム発生装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図5】光コム発生装置に用いられる周波数変換器の構成例を示すブロック図である。
【図6】ＤＤＳ発振器により光コム発生器を駆動するようにした光コム発生装置の基本構成を示すブロック図である。
【図7】ＤＤＳ発振器により光コム発生器を駆動するようにした本発明に係る光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。
【図8】光スイッチにより光コムを切り替えるようにした本発明に係る光コム発生装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【0024】
本発明は、例えば図１のブロック図に示すように、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周波数が異なる干渉性のある測定光と基準光と出射する２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂを備える光コム発生装置１０に適用される。
【0025】
この光コム発生装置１０は、例えば特許文献１，２等に記載されている測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計や三次元形状測定機において、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周波数が異なる干渉性のある測定光と基準光と出射する光源として用いられる。
【0026】
この光コム発生装置１０は、駆動制御部１１から、Ｎ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周期が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の駆動信号が与えられる光コム発生部１６により、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを出力するもので、ここでは、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、上記駆動制御部１１からＮ（Ｎ＝４）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍ＝２）種類の駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢが、光コム発生部１６に備えられたＭ（Ｍ＝２）個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに与えられることにより、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（Ｎ＝４）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍ＝２）種類の光コムを上記光コム発生器１６Ａ，１６Ｂから出力するようになっている。
【0027】
この光コム発生装置１０における駆動制御部１１は、基準発振器１２Ｒにより与えられる基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期して周波数が固定された互いに周波数が異なるＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を発生するＮ（Ｎ＝４）個のＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを備える変調信号発生部１２と、この変調信号発生部１２からＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４が入力されるＮ（Ｎ＝４）入力Ｍ（Ｍ＝２）出力のスイッチ部１４と、このスイッチ部１４による変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４の選択出力の切り替え制御を行う制御部１５を備える。
【0028】
第１のＰＬＬ発振器１２Ａは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第１の周波数ｆｍ（ｆｍ＝２５０００ＭＨｚ）に固定された第１の変調信号Ｆｍ１を発生する。
【0029】
また、第２のＰＬＬ発振器１２Ｂは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第２の周波数ｆｍ＋Δｆｍ（ｆｍ＋Δｆｍ＝２５０１０ＭＨｚ）に固定された第２の変調信号Ｆｍ２を発生する。
【0030】
また、第３のＰＬＬ発振器１２Ｃは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第３の周波数ｆｍ＋Δｆ（ｆｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚ）に固定された第３の変調信号Ｆｍ３を発生する。
【0031】
さらに、第４のＰＬＬ発振器１２Ｄは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第４の周波数ｆｍ＋Δｆ（ｆｍ＋Δｆ＋Δｆｍ＝２５０１０．５ＭＨｚ）に固定された第４の変調信号Ｆｍ４を発生する。
【0032】
なお、この駆動制御部１１では、 変調信号発生部１２とスイッチ部１４の間にアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを挿入して、変調信号発生部１２からアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介してスイッチ部１４にＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４が入力されるようになっている。
【0033】
このようにアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを挿入して、上記変調信号発生部１２からアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介してスイッチ部１４に周波数信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を入力することにより、スイッチ部１４以降の回路の遮断や解放などによる負荷変動で信号源（ＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）の動作が不安定になるのを防止することができる。
【0034】
上記アイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄには、リバースアイソレーションが大きいマイクロ波増幅器、π型抵抗減衰器やT型抵抗減衰器、フェライトを用いたマイクロ波アイソレータなどのアイソレーション素子や、可変減衰器と帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路やアイソレーション増幅器と抵抗減衰器や帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路など用いることができる。
【0035】
そして、上記スイッチ部１４は、上記変調信号発生部１２から上記アイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して入力される４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を巡回的に切り替えて２つの出力端子から交互に出力し、上記２つの出力端子に接続されている上記光コム発生部１６に備えられた２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢとして供給する４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を巡回的に切り替える４入力２出力のセレクタスイッチとして機能する。
【0036】
この光コム発生装置１０における上記光コム発生部１６に備えられた２つ光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢの遷移状態を図２に示すように、上記スイッチ部１４は、上記光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢとして供給する４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を巡回的に切り替える。
【0037】
ここで、この光コム発生装置１０は、特許文献１，２等に記載されている光コム距離計や三次元形状測定機において周波数の切り替えを要する絶対距離測定を行うための基準光パルスと測定光パルスとして２種類の光コムを発生するものであって、上記４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を上記スイッチ部１４により巡回的に切り替えて上記光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢとして供給することにより、上記光コム発生器１６Ａ，１６Ｂから、表１に示すように、変調周波数が循回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なる２種類の光コムが出力される。
【表1】
【0038】
表１は、＃１～４の設定における２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂの駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢの遷移状態ＯＦＣＧ１／ＯＦＣＧ２と位相差を示しており、駆動信号の周波数は、例えば、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆｍ＝１０ＭＨｚ、ｆｍ＝Ｆｍ１（２５０００ＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆｍ＝Ｆｍ２（２５０１０ＭＨｚＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆ＝Ｆｍ３（２５０００．５ＭＨｚ）、ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ＝Ｆｍ４（２５０１０．５ＭＨｚ）である。
【0039】
図２は、この光コム発生装置１０において、２つ光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに供給される駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢの状態遷移を示す状態遷移図である。
【0040】
ここで、光コム距離計では、原理的に周波数が異なる２種類の変調信号により駆動される２つの光コム発生器からパルス出射される干渉性のある基準光パルスと測定光パルスを用いることにより、信号処理部において、基準光検出器により得られる干渉信号（以下、参照信号と言う。）測定光検出器により得られる干渉信号（以下、測定信号と言う。）について周波数解析を行い、光コムの中心周波数から数えたモード番号をＰとして、参照信号と測定信号のＰ次モード同士の位相差を計算して光コム発生器から基準点までの光コム生成、伝送過程の光位相差を相殺した後、周波数軸で次数１あたりの位相差の増分を計算して信号パルスの位相差を求めることにより、基準点から測定面までの距離を算出する。
【0041】
なお、測定距離が変調周波数ｆｍの半波長を超えると物体光の周期性によりその半波長の整数倍の距離が不明となって一義的に距離を求められないので、表１に示す４通りの変調周波数に設定した基準光パルスと測定光パルスを用いて４回測定して、信号処理部において、同じ処理を行うことにより得られる各位相差を用いて、半波長相当の多義性距離（Ｌａ＝ｃ／２ｆｍ ｃ：光速）を超える距離を算出する。
【0042】
すなわち、表１に示す４通りの変調周波数に設定して測定して得られる参照信号と測定信号の位相差は、２つの光コム発生器（ＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２）を駆動する変調信号の変調周波数がｆｍとｆｍ＋Δｆである＃１の設定では－２πｆｍＴとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆｍとｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆである＃２の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆｍ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆとｆｍである＃３の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆとｆｍ＋Δｆｍである＃４の設定では－２π（ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）Ｔとなる。
【0043】
距離（Ｌａ＝ｃ／２ｆｍ ｃ：光速）も長い場合、参照信号と測定信号の位相差（－２πｆｍＴ）は、ｍを整数としてφ＋２ｍπの形であり、計算によりφの部分だけが求められるが、整数値ｍは不明である。
【0044】
一方、＃１の設定での参照信号と測定信号の位相差－２πｆｍＴと＃２の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ）Ｔの差は２πΔｆｍＴであり、また、＃３の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔと＃４の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）Ｔの差は２πΔｆｍＴであり、１／Δｆｍの波長に相当する距離（Δｆｍ＝１０ＭＨｚであればＬａは１５ｍ）までならば、一義的に位相が決まる。
【0045】
そして、この位相をｆｍ／Δｆｍ倍して＃１の位相差との比較により整数ｍを判定することができる。
【0046】
さらに、表１の＃１の設定での位相差－２πｆｍＴと＃３の設定での位相差－２π（ｆｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆＴが得られる。
【0047】
さらに、表１の＃２の設定での位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ）Ｔと＃４の設定での位相差－２π（ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆＴが得られる。
【0048】
ここで、ｆｍ＝２５ＧＨｚ、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆｍ＝１０ＭＨｚとした場合、Δｆ＝５００ｋＨｚであるからＬａ＝３００ｍまでの距離計測を行うことができる。
【0049】
この光コム発生装置１０を搭載した光コム距離計では、表１に示す４通りの変調周波数に設定して測定して得られる参照信号と測定信号を用いて絶対距離計測が行われる。すなわち、１つの状態を一定時間保持した後に他の状態に移り、一定の区間でその状態の信号位相計測を行い、＃１、＃２、＃３、＃４の設定状態の位相を使って絶対距離の計算処理を実行する。
【0050】
光コム距離計における計測速度は、６ｍｍ以内の相対距離測定ではΔｆに等しく５００ｋＨｚであるのに対し、周波数の切り替えを要する絶対距離測定では、周波数の切り替え時間と絶対距離計算時間を含めたものとなる。
【0051】
上記光コム発生装置１０では、上記４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を上記スイッチ部１４により巡回的に切り替えて、２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂの駆動状態を迅速に遷移させることができ、参照信号と測定信号の変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う２つの光コム光源として用いることにより、絶対距離の測定時間を短縮することができる。
【0052】
すなわち、後述するように、発振周波数を自由に切り替え設定することができるＰＬＬ発振器により、互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を得るようにＰＬＬ発振器の発振周波数を実時間で切り替え設定するのでは、発振周波数を切り替えて設定周波数で位相同期させて目的の周波数で安定した周波数信号を得るのに必要なセトリング時間が長く、迅速な測定処理を必要とする移動体に対する距離測定などの用途において、絶対距離の測定に時間がかかってしまい、実用的でないが、この光コム発生装置１０では、移動速度が速くなればなるほど絶対距離の測定時間を短縮する必要がある移動体に対しても、絶対距離の測定時間を短縮して高精度に絶対距離測定を行うことができる。
【0053】
なお、この場合１５mまでの距離計測だけであれば、＃１と＃２の設定のみ、あるいは、＃３と＃４の設定のみでも可能であるが、上述のごとく＃１，＃２，＃３，＃４の設定、すなわち、上記４種類の変調周波数Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を上記スイッチ部１４により巡回的に切り替えることにより、距離測定範囲が３００mに拡張されるほか、測定対象以外の信号伝送経路による位相オフセットを補正して高精度に絶対距離結果を得ることができる。すなわち、２つの光コム発生器（ＯＦＣＧ１，ＯＦＣＧ２）１６Ａ，１６Ｂの変調周波数を入れ替えたときに測定対象距離に由来の位相は絶対値が変わらず符号が反転する。一方、干渉信号伝送路のケーブル長さに由来するオフセットは符号が変わらず一定値になる。したがって、２回の位相測定の結果を差し引いて２で割るとオフセットを除外した位相値を求めることができる。
【0054】
ここで、巡回的な状態遷移は、＃１を起点としてみた場合、次に＃３、＃２，＃４、＃２，＃３、そして、＃１に戻るように切り替えを設定している。この設定は、OFCG1とOFCG2を駆動している周波数の入れ替えた計測結果と、周波数の入れ替えの順序を逆順にして測定した結果も加味して距離計算することで、測定対象が速度をもって移動している間でも距離測定誤差が最小かつ最短時間で実行することに配慮して決定されている。
【0055】
位相オフセットを除外した位相値を得る２回の位相測定を行うに当たり、表１に示す４通りの変調周波数の切替順序は原理的には任意であるが、＃１→＃２→＃３→＃４→＃４→＃３→＃２→＃１の繰り返しや＃１→＃３→＃２→＃４→＃４→＃２→＃３→＃１の繰り返しのように、切替順序の一方向と逆方向を連続させて切り替える巡回方式を採用することにより、距離測定誤差や計測処理時間を少なくすることができる。
【0056】
なお、絶対距離計測を行うに当たり、基本的には周波数の「遷移状態」は４つ一組で距離計算を行うが、原理的にはΔｆｍ＝Δｆの場合も否定しないので、ｆｍ、ｆｍ＋Δｆ、ｆｍ＋２Δｆの３種類の変調周波数でも可能あり、本発明に係る光コム発生装置は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（Ｎは３以上の整数）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを出力する光コム発生部と、基準周波数信号に位相同期されたＭ種類の駆動信号を上記光コム発生部に供給して、上記Ｍ種類の光コムを出力させる制御を行う駆動制御部とを備えることにより、２つの光コム発生器の駆動状態を迅速に遷移させることができ、参照信号と測定信号の変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う２つの光コム光源として用いることにより、絶対距離の測定時間を短縮することができる。
【0057】
ここで、図３は、上記光コム発生装置１０に備えられる４入力２出力のスイッチ部１４の具体的な構成例を示すブロック図である。
【0058】
すなわち、スイッチ部１４は、図３のブロック図に示すように、上記変調信号発生部１２のＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄにより発生される４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４が、上記変調信号発生部１２に接続されたアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して入力される初段のそれぞれ１入力２出力の４つのスイッチ回路１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ、上記初段のスイッチ回路１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄを介して上記４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４が入力される次の段に設けられたそれぞれ２入力１出力の２つのスイッチ回路１４２Ａ，１４２Ｂ、上記２つのスイッチ回路１４２Ａ，１４２Ｂの各出力端子に接続されたさらに次の段の１入力２出力の２つのスイッチ回路１４３Ａ，１４３Ｂ、上記２つのスイッチ回路１４３Ａ，１４３Ｂに接続された最終段のそれぞれ２入力１出力の２つのスイッチ回路１４４Ａ，１４４Ｂが制御部（ロジック回路）１５により１０ＭＨｚの基準周波数信号ＦＲＥＦに同期して切り替え制御されることにより、上記２つ光コム発生器１６Ａ、１６Ｂに駆動信号ＦｍＡ，ＦｍＢの遷移状態を図２に示すように、上記２つ光コム発生器１６Ａ、１６Ｂに駆動信号Ｆｍａ，Ｆｍｂとして供給する上記４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４を巡回的に切り替えるようになっている。
【0059】
このスイッチ部１４において、初段の４つのスイッチ回路１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄは、それぞれ２つの出力端子のうちの一方が次段の２つのスイッチ回路１４２Ａ，１４２Ｂの入力端子に接続され、他方の出力端子が終端抵抗により終端されている。
【0060】
なお、図３のブロック図に示すスイッチ部１４の具体例では、それぞれ可変減衰器と帯域通過フィルタを組み合わせたアイソレータ回路からなるから各アイアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して上記４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４が初段の４つのスイッチ回路１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄに入力され、終段の２つのスイッチ回路１４４Ａ，１４４Ｂの出力端子から、上記巡回的に切り替える４種類の変調信号Ｆｍ１，Ｆｍ２，Ｆｍ３，Ｆｍ４がそれぞれアイソレーション増幅器と帯域通過フィルタを組み合わせたアイソレータ回路からなる第１、第２の帯域通過フィルタ１４Ａ，１４Ｂを介して出力されるようになっている。
【0061】
次に、図４に示す光コム発生装置２０は、図１に示した光コム発生装置１０における２つ光コム発生器１６Ａ、１６Ｂ供給する駆動信号として、変調信号発生部１２により発生される１ＧＨｚ帯域の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を周波数変換器２３Ａ，２３Ｂによりアップコンバートして２５ＧＨｚ帯域の変調信号ＦｍＡ，ＦｍＢを得るようにしたものである。
【0062】
この光コム発生装置２０における駆動制御部１１の変調信号発生部１２は、１ＧＨｚ帯域帯域の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を発生する４個のＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄと２４ＧＨｚの周波数信号Ｆ０を発生する１個のＰＬＬ発振器１２Ｅを備える。
【0063】
この光コム発生装置２０において、変調信号発生部１２の第５のＰＬＬ発振器１２Ｅは、基準発振器１２Ｒから供給される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数ｆ０が固定された２４ＧＨｚの周波数信号Ｆ０をパワーデバイダ２１を介して上記２の周波数変換器２３Ａ，２３Ｂに供給する。
【0064】
また、上記変調信号発生部１２において、第１のＰＬＬ発振器１２Ａは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される周波数が例えば１０ＭＨｚの基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆｍ’(ｆｍ’＝１０００ＭＨｚ)に固定された第１の周波数信号Ｆ１を発生する。
【0065】
また、第２のＰＬＬ発振器１２Ｂは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆｍ’＋Δｆｍ(ｆｍ’＋Δｆｍ＝１０１０ＭＨｚ)に固定された第２の周波数信号Ｆ２を発生する。
【0066】
また、第３のＰＬＬ発振器１２Ｃは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆｍ’＋Δｆｍ(ｆｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ)に固定された第３の周波数信号Ｆ３を発生する。
【0067】
さらに、第４の発振器１２Ｄは、上記基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆｍ’＋Δｆｍ＋Δｆ(ｆｍ’＋Δｆ＋Δｆｍ＝１０１０．５ＭＨｚ)に固定された第４の周波数信号Ｆ４を発生する。
【0068】
上記変調信号発生部１２において、上記第１乃至第４のＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄにより得られる第１乃至第４の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、アイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して４入力２出力のスイッチ部１４に入力される。
【0069】
上記スイッチ部１４は、上記変調信号発生部１２の基準発振器１２Ｒにより与えられる基準周波数信号ＦＲＥＦに同期して、上記変調信号発生部１２から上記アイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して４個の入力端子に入力される上記第１乃至第４の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を巡回的に切り替えて２つの出力端子から出力し、１ＧＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を巡回的に切り替えた第１、第２の変調信号Ｆｍa，Ｆｍbを上記２つの周波数変換器２３Ａ，２３Ｂに供給する４入力２出力のセレクタスイッチとして機能する。
【0070】
ここで、上記変調信号発生部１２とスイッチ部１４の間にアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを挿入して、上記変調信号発生部１２からアイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介してスイッチ回路１４に周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を入力することにより、スイッチ回路１４以降の回路の遮断や解放などによる負荷変動で信号源の動作が不安定になるのを防止することができる。
【0071】
上記アイソレータ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄには、リバースアイソレーションが大きいマイクロ波増幅器、π型抵抗減衰器やＴ型抵抗減衰器、フェライトを用いたマイクロ波アイソレータなどのアイソレーション素子や、可変減衰器と帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路やアイソレーション増幅器と抵抗減衰器や帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路など用いることができる。
【0072】
そして、上記第１，第２の周波数変換器２３Ａ，２３Ｂは、上記第５のＰＬＬ発振器１２Ｅから供給される周波数（例えば、２４ＧＨｚ）の周波数信号Ｆ０と、上記スイッチ部から１ＧＨｚ帯の４種類の周波数ｆｍ’＝１０００ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ＝１０１０ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ’＋Δｆ＝１０１０．５ＭＨｚの周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４が巡回的に切り替えて交互に出力される第１、第２の変調信号Ｆｍａ，Ｆｍｂを用いて、２５ＧＨｚ帯域の４種類の変調周波数ｆｍ＝２５０００ＭＨｚ，ｆｍ＋Δｆｍ＝２５０１０ＭＨｚ，ｆｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚ，ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ＝２５０１０．５ＭＨｚに周波数変換した第１、第２の変調信号ＦｍＡ，ＦｍＢを得て、上記第１、第２の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号として供給する。
【0073】
すなわち、上記第１，第２の周波数変換器２３Ａ，２３Ｂは、１ＧＨｚ帯の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４からなる第１、第２の変調信号Ｆｍa，Ｆｍbを上記第１、第２の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号として供給する２５ＧＨｚ帯域の第１、第２の変調信号ＦｍＡ，ＦｍＢに周波数変換するアップコンバータとして機能する。
【0074】
上記第１，第２の周波数変換器２３Ａ，２３ＢにはダイオードやダブルバランスドミキサやＩＱミキサなどの周波数混合器、あるいは、例えば、図５に示すような構成の位相同期を利用した周波数変換器２３が用いられる。
【0075】
ここで、上記第１，第２の周波数変換器２３Ａ，２３ＢにダイオードやダブルバランスドミキサやＩＱミキサなどの周波数混合器を用いる場合、周波数混合器は、非線形素子であるために、上記＃１，＃２，＃３，＃４の設定状態で必要な周波数成分（ｆｍ、ｆｍ＋Δｆｍ、ｆｍ＋Δｆ、ｆｍ＋Δｆｍ＋Δｆ）以外の周波数成分が発生するので、第１，第２の周波数変換器２３Ａ，２３Ｂの出力側にそれぞれ帯域通過フィルタ２４Ａ，２４Ｂを挿入して必要な周波数成分だけを駆動信号として光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに供給することになる。
【0076】
例えば、周波数混合器を用いた第１の周波数変換器２３Ａでは、例えば＃１の設定の場合、必要なｆｍの周波数成分だけでなく望まない周波数成分ｆｍ＋Ｓｆｂ（Ｓ＝０を除く）のスプリアスが発生する。ここで、Ｓは整数であり、ｆｂは周波数混合器２３Ａに入力される周波数変換前の変調信号の周波数である。この周波数成分が第１の光コム発生器１６Ａに駆動信号として供給する第１の変調信号ＦｍＡに混入すると、上記第１の光コム発生器１６Ａによる光コム発生においてスプリアスとなって計測値に影響を及ぼす場合がある。この影響を避けるために帯域通過フィルタ２４Ａを用いて、必要なｆｍの周波数成分だけを通過させ、それ以外の周波数成分を測定仕様に影響しない程度まで減衰させる。
【0077】
また、周波数混合器を用いた第1の周波数変換器２３Ａにより発生される望まない周波数成分ｆｍ＋Ｓｆｂは、入力側のパワーデバイダ２１の方向にも伝搬し、パワーデバイダ２１も理想的な特性ではないので、第２の周波数変換器２３Ｂに到達することになる。第２の周波数変換器２３Ｂに到達した上記望まない周波数成分ｆｍ＋Ｓｆｂが周波数変換されることにより、該第２の周波数変換器２３Ｂの出力には、ｆｍ＋Ｓｆｂ＋Ｓ’（ｆｂ＋Δｆ）の周波数成分が混入することになる。ここで（ｆｂ＋Δｆ）は周波数変換器２３Ｂに入力される周波数変換前の変調信号の周波数である。
【0078】
ここで、Ｓ’は整数である。Ｓ＋Ｓ’＝０以外の周波数成分は、ｆｍから＋ｆｂ又は－ｆｂの外になるので、必要なｆｍ＋Δｆの周波数を通過させる帯域通過フィルタ２４Ａにより減衰させることできる。しかし、Ｓ＋Ｓ’＝０の周波数成分は、ｆｍ＋Ｓ’Δｆとなり、必要なＳ’＝１のｆｍ＋Δｆｍに極めて近い周波数成分で、帯域通過フィルタ２４Ａにより取り去ることは困難であるが、入力側にそれぞれアイソレータ２２Ａ，２２Ｂを挿入することにより、周波数変換器２３Ａ，２３Ｂによる反射成分を減衰させることができる。
【0079】
上記アイソレータ２２Ａ，２２Ｂには、リバースアイソレーションが大きいマイクロ波増幅器、パイ型抵抗減衰器やＴ型抵抗減衰器、フェライトを用いたマイクロ波アイソレータなどのアイソレーション素子や、可変減衰器と帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路やアイソレーション増幅器と抵抗減衰器や帯域通過フィルタとを組み合わせたアイソレーション回路など用いることができる。
【0080】
上記光コム発生装置２０では、実用上、これらを組み合わせて、パフォーマンスの向上が図られた最適な構造が採用される。
【0081】
なお、上記光コム発生装置２０において、ｆｂ、ｆｂ＋Δｆを１００ＭＨｚ程度とすると、４０ｄＢ以上の相対位相雑音の改善が見込まれるが、ｆｍ＝２５ＧＨｚの場合でｆｂ＝１００ＭＨｚの場合、帯域通過フィルタ２５Ａ，２５Ｂには、ｆｍ＋ｆｂ又はｆｍ－ｆｂのスプリアスを低減するには２５００以上の極めてＱ値の高いフィルタが必要となる。
【0082】
ここで、上記周波数変換器２３Ａ，２３Ｂには、ダイオードやダブルバランスドミキサやＩＱミキサなどの周波数混合器ではなく、図５に示すような構成の位相同期を利用した周波数変換器２３を用いることもできる。
【0083】
この周波数変換器２３は、位相比較器２３１と、この位相比較器２３１により発振位相が制御される電圧制御型発振器２３２と、この電圧制御型発振器２３２から出力される周波数信号が分岐されて入力される周波数混合器２３３を備える。
【0084】
この周波数変換器２３では、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆｂの変調信号Ｆｂが位相比較器２３１に入力され、上記第５のＰＬＬ発振器１２Ｅから周波数がｆｍ－ｆｂの周波数信号として２４．９ＧＨｚの周波数信号Ｆ０が周波数混合器２３３に供給される。電圧制御型発振器２３２から出力される２５ＧＨｚ帯の変調周波数ｆｍの変調信号Ｆｍと上記２４．９ＧＨｚの周波数信号Ｆ０との差周波数ｆｂ’の周波数信号を上記周波数混合器２３３により得て上記１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆｂの変調信号Ｆｂと上記位相比較器２３１により位相比較して得られる位相比較出力で上記電圧制御型発振器２３２の発振位相を制御することにより、上記１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆｂの変調信号Ｆｂに位相同期して周波数が固定された２５ＧＨｚ帯の変調周波数ｆｍの変調信号Ｆｍを上記電圧制御型発振器２３２から出力する。
【0085】
すなわち、この周波数変換器２３は、例えば上記周波数変換器２３Ａとして用いる場合、上記位相比較器２３１に上記スイッチ部１４により１００ＭＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を巡回的に切り替えた第１の変調信号Ｆｍａが供給されることにより、上記差周波数ｆｂ’の周波数信号と上記第１の変調信号Ｆｍａとの位相比較を行い上記電圧制御型発振器２３２にフィードバックして、上記電圧制御型発振器２３２の発振位相を制御して、１００ＭＨｚ帯の第１の変調信号Ｆｍａをアップコンバートした２５ＧＨｚ帯の周波数ｆｍＡの変調信号ＦｍＡを上記電圧制御型発振器２３２から出力することができる。
【0086】
また、この周波数変換器２３は、例えば上記周波数変換器２３Ｂとして用いる場合、上記位相比較器２３１に上記スイッチ部１４により１００ＭＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を巡回的に切り替えた第２の変調信号Ｆｍｂが供給されることにより、上記差周波数ｆｂ’の周波数信号と上記第２の変調信号Ｆｍｂとの位相比較を行い上記電圧制御型発振器２３２にフィードバックして、上記電圧制御型発振器２３２の発振位相を制御して、１００ＭＨｚ帯の第２の変調信号Ｆｍｂをアップコンバートした２５ＧＨｚ帯の周波数ｆｍＢの変調信号ＦｍＢを上記電圧制御型発振器２３２から出力することができる。
【0087】
ここで、この周波数変換器２３において、上記位相比較器２３１は、ダブルバランスドミキサなどの位相比較器が用いられ、同一周波数同士の位相比較を行うため低雑音である。また、周波数比較が変調周波数ｆｂの１００ＭＨｚ帯の周波数で行われるため、制御帯域を大きくでき、例えば１０ＭＨｚ以上とることができる。そのため、周波数変換器２３Ａ，２３Ｂの出力の相対位相雑音は、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆｂ、ｆｂ＋Δｆｍの信号の相対位相雑音となる。さらに、ＰＬＬの制御帯域が大きいため目的の周波数で安定した周波数信号を得るのに必要なセトリング時間は小さくできる。
【0088】
また、周波数変換器２３の出力は、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆｂ又はｆｂ＋Δｆの信号の位相同期の制御帯域より十分大きいので、電圧制御型発振器２３２のスプリアスｆｍ＋ｆｂ又はスプリアスｆｍ－ｆｂを小さくできる。
【0089】
したがって、上記周波数変換器２３Ａ，２３Ｂとしてそれぞれ上記位相同期を利用した周波数変換器２３を用いることにより、出力側の帯域通過フィルタ２３Ａ，２３Ｂは、不要とする、あるいは仕様を軽減することができる。
【0090】
ここで、ＰＬＬ発振器は、発振周波数を自由に切り替え設定することができるので、上記駆動制御部１１は、Ｍ個のＰＬＬ発振器の発振周波数をそれぞれ巡回的に切り替え設定することにより、スイッチ部を必要とすることなく、互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号をＭ個のＰＬＬ発振器により得て、Ｍ個の光コム発生器に駆動信号として供給することができる。しかしながら、発振周波数を自由に切り替え設定することができるＰＬＬ発振器は、発振周波数を切り替え設定する場合に、発振周波数を切り替えて設定周波数で位相同期させて目的の周波数で安定した周波数信号を得るのに必要なセトリング時間が長く、迅速な測定処理を必要とする用途において、互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を得るようにＰＬＬ発振器の発振周波数を実時間で切り替え設定するのは実用的でない。
【0091】
なお、ＰＬＬ発振器の発振周波数を実時間で切り替え設定するのは実用的でないが、ＤＤＳ発振器であれば、発振周波数を実時間で切り替え設定して使用することができる。
【0092】
ＤＤＳはダイレクト・ディジタル・シンセサイザの略で、周波数データ（位相増加分）を設定するだけで任意周波数の出力が得られる発振器として知られている。ＤＤＳ発振器３３を用いた変調信号発生部３２を備える駆動制御部３１により、光コム発生部３６の光コム発生器３６Ａを駆動するようにした光コム発生装置３０の基本的な構成例を図６のブロック図に示す。
【0093】
この光コム発生装置３０における駆動制御部３１は、ＤＤＳ発振器３３を用いた変調信号発生部３２と、上記ＤＤＳ発振器３３の動作制御を行うＤＤＳ制御部３５からなり、上記ＤＤＳ制御部３５により動作制御される上記ＤＤＳ発振器３３から各種変調周波数の変調信号を光コム発生部３６に備えられた光コム発生器３６Ａに駆動信号として供給する。
【0094】
変調信号発生部３２は、基準信号発生器３２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦに同期してシステムクロックを発生するＰＬＬ発振器３２Ａと、このシステムクロックにより駆動されるＤＤＳ発振器３３とを備え、上記ＤＤＳ制御部３５により上記ＤＤＳ発振器３３の動作が制御されることにより、上記ＤＤＳ制御部３５により設定される任意のタイミングで位相が連続した状態で周波数を切り替えて、上記ＤＤＳ発振器３３から各種変調周波数の変調信号を出力する。
【0095】
光コム発生部３６に備えられた光コム発生器３６Ａは、上記ＤＤＳ発振器３３から駆動信号として供給される各種変調周波数に瞬時に切り替え可能な変調信号により駆動されることにより、光コムを発生する。
【0096】
ここで、ＤＤＳ発振器３３は、位相同期法による発振器と異なり、システムクロックにより駆動され、選択されるＤＤＳ内のＲＯＭテーブルの波形データを読みだしＤＡ変換して周波数信号を出力するため、瞬時に周波数の切り替えが行え、位相同期のような緩和時間は存在しない。これは変調周波数の切り替えを行う光コム発生システム簡略化に寄与し、緩和時間の無駄時間を軽減し高速測定に寄与できる。
【0097】
図７のブロック図に示す光コム発生装置４０は、参照信号と測定信号の変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う光コム距離計用の複数Ｍ個（ここでは、Ｍ＝２）の光コム発生器３６Ａ、３６Ｂを複数Ｍ個（ここでは、Ｍ＝２）のＤＤＳ発振器３３Ａ、３３Ｂにより駆動するようにしたものであある。
【0098】
この光コム発生装置４０において、ＤＤＳ発振器３３Ａ、３３Ｂは、基準信号発生器３２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦに同期してＰＬＬ発振器３２Ａにより発生されるシステムクロックにより駆動され、ＤＤＳ制御部３５により設定される任意のタイミングで周波数を位相が連続した状態で切り替えて各種変調周波数の変調信号を出力することができ、ここでは、１ＧＨｚ帯の４種類の周波数ｆｍ’＝１０００ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ＝１０１０ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ＋Δｆ＝１０１０．５ＭＨｚが図２に示した遷移状態となるタイミングで巡回的に切り替えられた第１、第２の変調信号Ｆｍa，Ｆｍbを交互に出力する。
【0099】
そして、この光コム発生装置４０における駆動制御部３１は、変調信号発生部１２のＤＤＳ発振器３３Ａ、３３Ｂにより発生される１ＧＨｚ帯の４種類の周波数ｆｍ’＝１０００ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ＝１０１０ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆｍ＋Δｆ＝１０１０．５ＭＨｚが巡回的に切り替えられた第１、第２の変調信号Ｆｍa，Ｆｍbを周波数変換器４２Ａ，４２Ｂによりアップコンバートして２５ＧＨｚ帯域の変調信号ＦｍＡ，ＦｍＢを得て、光コム発生器３６に備えられた２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号として供給する。
【0100】
すなわち、この光コム発生装置４０における変調信号発生部３２は、基準信号発生器３２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦに同期して周波数が２４ＧＨｚの周波数信号を発生するＰＬＬ発振器３２Ｂを備え、このＰＬＬ発振器３３Ｂにより発生される周波数が２４ＧＨｚの周波数信号がアイソレータ４１Ａ，４１Ｂを介して上記周波数変換器４２Ａ，４２Ｂに供給されることにより、上記ＤＤＳ発振器３３Ａ、３３Ｂにより発生される１ＧＨｚ帯の第１、第２の変調信号Ｆｍa，Ｆｍbを上記周波数変換器４２Ａ，４２Ｂにより２５ＧＨｚ帯域の変調信号ＦｍＡ，ＦｍＢにアップコンバートして、帯域通過フィルタ４３Ａ，４３Ｂを介して光コム発生器３６に備えられた２つの光コム発生器３６Ａ，３６Ｂに駆動信号として供給するようになっている。
【0101】
なお、上記周波数変換器４２Ａ，４２Ｂとして、図５に示した位相同期を利用した周波数変換器２３を用いることにより、出力側の帯域通過フィルタ４３Ａ，４３Ｂは、不要とする、あるいは仕様を軽減することができる。
【0102】
この光コム発生装置４０では、ＤＤＳ制御部３５によりＤＤＳ発振器３３Ａ、３３Ｂの動作を制御することにより、位相が連続した状態で変調周波数を巡回的に切り替えて光コム発生器３６に備えられた２つの光コム発生器３６Ａ，３６Ｂの駆動状態を迅速に遷移させることができ、参照信号と測定信号の変調周波数を切り替えて絶対距離計測を行う２つの光コム光源として用いることにより、絶対距離の測定時間を短縮することができる。
【0103】
ここで、上記光コム発生装置１０，２０，４０では、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、Ｎ（Ｎ＝４）種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ（Ｍ＝２）種類の光コムを上記光コム発生部１６（３６）の２つの光コム発生器１６Ａ，１６Ｂ（３６Ａ，３６Ｂ）から出力するようにしたが、変調周波数の数Ｎは、Ｎ＝４に限定されることなく、３以上の整数であればよく、また、光コム発生器の数Ｍは、Ｍ＝２に限定されることなく、２以上の整数であればよく、駆動制御部１１（３１）は、基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期されたＮ種類の変調周波数が巡回的に切り替えられた互いに変調周波数が異なるＭ種類の駆動信号を光コム発生部１６（３６）に供給して、上記光コム発生部１６（３６）からＭ種類の光コムを出力させる駆動制御を行うものとすることができる。
【0104】
例えば、上記光コム発生装置１０，２０において、上記駆動制御部１１は、基準周波数信号発生器１２Ｒにより与えられる基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期された互いに発振周波数が異なるＮ種類の変調信号を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を出力するものとすることができ、例えば、Ｎ個のＰＬＬ発振器により得られる互いに発振周波数が異なるＮ種類の変調信号をＮ入力Ｍ出力のスイッチ部１４により循環的に切り替えて互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を得るようにして、上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として光コム発生部に備えられるＭ個の光コム発生器に供給するものとすることができる。
【0105】
また、上記光コム発生装置４０において、上記駆動制御部３１は、Ｍ個のＤＤＳ発振器により基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期された互いに発振周波数が異なるＮ種類の変調信号を巡回的に切り替えた互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を得るようにして、上記Ｍ種類の変調信号を駆動信号として光コム発生部に備えられるＭ個の光コム発生器に供給するものとすることができる。
【0106】
また、上記光コム発生装置１０、２０では、上記駆動制御部１１は、基準周波数信号発生器１２Ｒにより与えられる基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期された互いに発振周波数が異なるＮ種類の変調信号をＮ入力Ｍ出力のスイッチ部１４により巡回的に切り替えて、互いに変調周波数が異なるＭ種類の変調信号を駆動信号として光コム発生部に備えられるＭ個の光コム発生器によりＭ種類の光コムを出力させるようにしたが、図８に示す光コム発生装置５０のように、互いに変調周波数が異なるＮ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂ，・・・により発生されるＮ種類の光コムからＮ入力Ｍ出力の光スイッチ３１により互いに変調周波数が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力することもできる。
【0107】
この場合、すべての光コムの変調周波数が異なっている必要はなく、一部は同じ変調周波数でも波長違いとか、別の切換えにも使うことができる。干渉を取るために変調周波数が異なっている同一波長帯の光コムが一組含まれていることは必須であるが、同じ変調周波数の組み合わせで別波長帯の光コムが含まれていても機能する。
【0108】
ここでは、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、この光コム発生装置５０における光コム発生部１６は互いに変調周波数が異なる４種類の光コムを発生する４個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄを備え、駆動制御部１１は、基準発振器１２Ｒにより発生される基準周波数信号ＦＲＥＦに位相同期されたＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号を発生する４個のＰＬＬ発振器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを備える変調信号発生部１２と、上記光コム発生部１６により発生される４種類の光コムから互いに変調周波数が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して出力する４入力２出力の光スイッチ５１と、上記４入力２出力の光スイッチ５１による光コムの選択動作を制御する制御部５２を備え、上記４入力２出力の光スイッチ５１により互いに変調周波数や波長帯域が異なる４種類の光コムを巡回的に選択した２種類の光コムを出力する。
【0109】
この光コム発生装置５０における駆動制御部１１は、光コムを切り替えるので、変調信号発生部１２で発生される互いに変調周期が異なる変調信号を切り替える必要がない。
【0110】
１０，２０，３０，４０，５０ 光コム発生装置、１１，３１ 駆動制御部、１２，３２ 変調信号発生部、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，３２Ａ、３２Ｂ ＰＬＬ発振器、１２Ｒ，３２Ｒ 基準信号発振器、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，２２Ａ，２２Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ アイソレータ、１４ スイッチ部、１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ 帯域通過フィルタ、１５，５２ 制御部、１６，３６ 光コム発生部、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，３６Ａ，３６Ｂ 光コム発生器、２３，２３Ａ，２３Ｂ 周波数変換器、２１ パワーデバイダ、３３，３３Ａ，３３Ｂ ＤＤＳ発振器、３５ ＤＤＳ制御部、５１ 光スイッチ、２３１ 位相比較器、２２ 電圧制御型発振器、２３３ 周波数混合器
【要約】
【課題】 測定光の干渉信号と基準光の干渉信号の時間差から距離を測定する光コム距離計などにおいて、測定対象以外の信号返送経路による位相オフセットを補正して高精度に絶対距離結果を得ることができる光コム発生装置を提供する。
【解決手段】 駆動制御部１１により、光コム発生部１６に備えられたＭ個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号を供給して、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（（Ｎは３以上の整数）の整数）種類の変調周期が巡回的に切り替えられた互いに変調周期が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを上記Ｍ個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂから出力させる制御を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】 駆動制御部１１により、光コム発生部１６に備えられたＭ個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂに駆動信号を供給して、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、Ｎ（（Ｎは３以上の整数）の整数）種類の変調周期が巡回的に切り替えられた互いに変調周期が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを上記Ｍ個の光コム発生器１６Ａ，１６Ｂから出力させる制御を行う。
【選択図】 図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
