特許 7448964 光コム距離計測方法及び光コム距離計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-05

(45)【発行日】2024-03-13

(54)【発明の名称】光コム距離計測方法及び光コム距離計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20240306BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20240306BHJP

   G01S 17/32 20200101ALI20240306BHJP

   G01S 7/481 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

G01C3/06 120Q

G01B11/00 G

G01S17/32

G01S7/481 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021123532

(22)【出願日】2021-07-28

(65)【公開番号】P2023019066

(43)【公開日】2023-02-09

【審査請求日】2023-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】503249810

【氏名又は名称】株式会社ＯｐｔｏＣｏｍｂ

(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】興梠 元伸

(72)【発明者】

【氏名】今井 一宏

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０３２５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０３８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１４５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／２０３６５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２６１９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６７４５３９５（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ ３／０６

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｓ １７／３２

Ｇ０１Ｓ ７／４８１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定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方法であって、
それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光の変調周期の状態を切り替えるとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する状態切替工程と、
上記状態切替工程において、変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光のどちらか一方を測定対象物に向けて出力し、どちらか一方が上記測定対象物までの距離を往復した上記測定光と参照光の干渉光を干渉させて測定用干渉光を生成する干渉工程と、
上記干渉工程において生成された参照用干渉光と測定用干渉光を検出して参照信号と測定信号を得る干渉光検出工程と、
上記干渉光検出工程において得られた参照信号および測定信号と上記状態切替工程において出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物までの距離を計算する信号処理工程と
を有することを特徴とする光コム距離計測方法。

【請求項2】

上記状態切替工程では、上記互いに周波数の異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号が少なくとも３個のアイソレータを介して入力されるＸ（３以上の整数）入力Ｙ（Ｙは正の整数）出力のスイッチ部を介して上記Ｎ種類の変調信号を光コム光源部のＭ個（Ｍは正の整数）の光コム発生器に選択的に出力する切替制御を行うとともに、上記スイッチ部により選択されるＮ種類の変調信号の選択状態に応じて上記Ｍ個の光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の光コム距離計測方法。

【請求項3】

上記状態切替工程では、３つの発振器を備える変調信号発生部の１の発振器により得られる周波数信号が入力される少なくとも２つの周波数変換器に上記変調信号発生部の上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号をスイッチ部により切り替えて入力させ、上記少なくとも２つの周波数変換器により周波数変換された互いに周波数の異なる少なくとも２種類の変調信号を、上記光コム光源部の少なくとも２つの光コム発生器に駆動信号として供給するとともに、上記２つの周波数変換器に切替入力される各周波数信号の切替状態に応じて上記少なくとも２つの光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の光コム距離計測方法。

【請求項4】

上記状態切替工程では、光コム光源部の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、光スイッチを用いたスイッチ部を介して、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力させる選択制御を行うとともに、その選択状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項１記載の光コム距離計測方法。

【請求項5】

参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定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装置であって、
それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光を出力する光コム光源部と、
上記光コム光源部から出力する測定光と参照光の変調周期の状態を切り替えるとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する状態切替制御部と、
上記光コム光源部から測定光と参照光が入力され、入力された測定光と参照光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記入力された測定光と参照光のどちらか一方を測定対象物に向けて出力し、どちらか一方が上記測定対象物までの距離を往復した上記測定光と参照光を干渉させて測定用干渉光を生成する干渉部と、
上記干渉部により生成された参照用干渉光を検出して参照信号を出力する参照用光検出器と、
上記干渉部により生成された測定用干渉光を検出して測定信号を出力する測定用光検出器と、
上記参照用光検出器から出力される参照信号および上記測定用光検出器から出力される測定信号と上記状態切替制御部から出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物までの距離を計算する信号処理部と
を備えることを特徴とする光コム距離計測装置。

【請求項6】

上記光コム光源部は、Ｍ個（Ｍは正の整数）の光コム発生器を備え、上記状態切替制御部を介して選択的に入力される互いに周波数の異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号の内の少なくとも３種の変調信号により、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを、上記変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光として出力し、
上記状態切替制御部は、上記Ｎ種類の変調信号が少なくとも３個のアイソレータを介して入力されるＸ（３以上の整数）入力Ｙ（Ｙは正の整数）出力のスイッチ部と、上記スイッチ部を介して上記Ｎ種類の変調信号を上記光コム光源部のＭ個の光コム発生器に選択的に出力する切替制御を行うとともに、上記スイッチ部により選択されるＮ種類の変調信号の選択状態に応じて上記Ｍ個の光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の光コム距離計測装置。

【請求項7】

互いに周波数の異なる周波数信号を発生する少なくとも３つの発振器を備える変調信号発生部と、
上記変調信号発生部の３つの発振器の内の１の発振器により得られる周波数信号と、上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号が入力される少なくとも２つの周波数変換器と
を備え、
上記状態切替制御部は、上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号を上記スイッチ部により切り替えて上記少なくとも２つの周波数変換器に入力させ、上記少なくとも２つの周波数変換器により周波数変換された互いに周波数の異なる少なくとも２種類の変調信号を、上記光コム光源部の少なくとも２つの光コム発生器に駆動信号として供給するとともに、上記２つの周波数変換器に切替入力される各周波数信号の切替状態に応じて上記少なくとも２つの光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項６に記載の光コム距離計測装置。

【請求項8】

上記光コム光源部は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる３以上の整数Ｎ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器を備え、
上記状態切替制御部は、上記光コム光源部の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、互いに変調周期が異なるＭ（Ｍは正の整数）種類の光コムを巡回的に選択して出力する光スイッチを用いたスイッチ部と、上記光スイッチを用いたスイッチ部による光コムの選択動作を制御する制御部とを備え、上記制御部により、上記光スイッチを用いたスイッチ部を介してＮ種類の光コムから、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力させる選択制御を行うとともに、その選択状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項５記載の光コム距離計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定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方法及び光コム距離計測装置に関する。

【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、レーザー光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザー光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザー距離計ではレーザー光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザー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、半導体レーザー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ー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ー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参照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ー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、互いに変調周期が異なる干渉性のある参照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参照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参照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参照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、上記参照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参照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、参照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測定信号パルスと参照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ｆ_ｍ（例えば２５ＧＨｚ）、周波数差Δｆ（例えば、５００ｋＨｚ）である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参照光パルスと測定光パルスを用いて測定される距離は、基準点から測定面までの全体の距離（絶対距離という）から変調周波数ｆ_ｍの半波長の整数倍の距離を差し引いた剰余の部分である。干渉信号にはΔｆの周期性があり、最も近い参照信号と測定信号の位相差が求められる。半波長を超える距離を測定する場合、２πに整数をかけた位相が基準時刻から比較している参照信号までの時間差に相当する位相として内在する。１組の周波数設定ではその整数値を判別することができない。変調周波数ｆ_ｍをわずかに変えて複数回距離測定を実行することにより、複数の測定条件に合致する値としてその整数が逆算できる。

【0009】

すなわち、周波数の切り替えを要する絶対距離測定では、計測に要する時間は周波数の切り替え時間と計測時間、絶対距離計算時間を含めたものとなる。

【0010】

２つの光コム発生器を駆動する変調信号は、例えばＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ－Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）により周波数を設定できるようにした変調信号発生器を用いることにより、周波数を切り替えることができる。

【0011】

光コム発生器を駆動する信号はできる限り位相雑音の少ないものが望ましい。位相雑音の少ないＶＣＯを外部参照信号に同期する際に制御の周波数帯域をむやみに広げず、駆動信号のクリーンアップを狙って参照信号の位相雑音のよりもＶＣＯの位相雑音のほうが低くなるような周波数帯域についてはＶＣＯの特性がそのまま出るように制御帯域を制限することが行われる。

【0012】

ＰＬＬの周波数が落ち着くまでの時間（セトリング時間）は概ね制御帯域の逆数に比例すると考えれば良く、クリーンアップを狙って制御帯域を狭めるとセトリング時間が長くなり、セトリング時間を短くするため制御帯域を広げると高周波数域の位相雑音の増加や比較周波数に関連するスプリアス信号の混入レベルの増加が発生する。

【0013】

ＰＬＬに関する参考文献（非特許文献１）には、設計例として、ローパス・フィルタの帯域幅を約２０７ｋＨｚとした場合、約５１マイクロ秒で１ｋＨｚの誤差範囲内に周波数をロックすることが紹介されている。５００ｋＨｚを周波数設定の単位とするように分周回路を設定する場合にはスプリアスの混入を避けるためにはローパス・フィルタの帯域幅をもっと下げなければならず、セトリング時間は５１マイクロ秒の何倍もの時間がかかることが予想される。

【0014】

そこで、光コム距離計における２つの光コム発生器には、ＰＬＬ回路により基準の周波数信号に位相同期された周波数が固定された状態の複数の変調信号をスイッチ回路で切り替えて駆動信号として供給するようにしていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【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

【非特許文献】

【0016】

【文献】Ａｎａｌｏｇ Ｄｉａｌｏｇｕｅ、ＡＤ３３－０３ フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）の基礎 著者Ｉａｎ Ｃｏｌｌｉｎｓ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

上述の如く、従来の光コム距離計では、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参照光パルスと測定光パルスを用いることにより、参照光、測定光の周波数切替によって参照光、測定光の光コム周波数間隔が変わると干渉信号の発生の時刻や参照信号と測定信号の時間差に変化が現れるので、距離計測に時間をかけて良ければ、外部の中央演算処理装置などから光源に周波数切り替え命令を送り、切替完了とみなされるまで十分時間をおいてデータ収集と位相計算を実行後、中央演算処理装置から次の周波数設定への周波数切り替え命令を送り、十分時間をおいてからデータ収集と位相計算を実行するという手順を繰り返すことによって周波数設定と位相値の関係を複数求めることができる。

【0018】

しかしながら、距離計算を実行するために必要な一組の位相値を得る過程で空気の屈折率揺らぎや測定対象距離の微振動が位相値に誤差として混入すると次数判別して距離計算をする際の誤差の要因となるので、空気屈折率の変動や測定距離の変化よりも速やかに一組のデータ収集を終える必要がある。

【0019】

そして、距離計算を短時間で確実に行うためには、周波数設定が確実に行われていることの確認やその位相値に対応した周波数設定状態など、位相値の信頼性を判断するための材料が各位相値それぞれに揃っていることが必須である。

【0020】

周波数設定状態の切換えを高速に実施して距離計算を短時間で行うためには、高速に切り替えられた状態で収集される干渉信号の波形のどの位置がどの周波数状態なのか波形単位で知ることが必要になる。

【0021】

本発明の目的は、上述のごとき従来の実情に鑑み、参照光と測定光の干渉信号と参照光と測定区間を通った測定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方法及び光コム距離計測装置において、周波数設定状態の切換えを高速に実施して距離計算を短時間で確実に行うことができるようにすることにある。

【0022】

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】

【0023】

本発明では、参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定するにあたり、光コム距離計の干渉信号と光源状態信号を同期して取り込み、波形の場所とその場所における光コムの周波数設定を明確にして距離計算を行うことにより、信号処理によって得られる位相値とその位相値が出力される信号区間の周波数設定を同時にかつ正しく取得する。

【0024】

測定光と参照光を出力する光コム光源部における上記測定光と参照光の周波数状態を示す状態信号を用いて、干渉信号と同期して計測データを取り込み、波形の区間（場所）とその場所の周波数設定の状態を明確にして波形データを収録することにより、処理対象となる波形の区間において周波数状態の変化が無く一定であることが確認出来かつ波形データとして有効な区間であることの判定ができ、その区間の周波数設定値は計算で求められる位相値から遅延時間または距離への変換に利用される。

【0025】

すなわち、本発明は、参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定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方法であって、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光の変調周期の状態を切り替えるとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する状態切替工程と、上記状態切替工程において、変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光のどちらか一方を測定対象物に向けて出力し、どちらか一方が上記測定対象物までの距離を往復した上記測定光と参照光を干渉させて測定用干渉光を生成する干渉工程と、上記干渉工程において生成された参照用干渉光と測定用干渉光を検出して参照信号と測定信号を得る干渉光検出工程と、上記干渉光検出工程において得られた参照信号および測定信号と上記状態切替工程において出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物までの距離を計算する信号処理工程とを有することを特徴とする。

【0026】

本発明に係る光コム距離計測方法において、上記状態切替工程では、上記互いに周波数の異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号が少なくとも３個のアイソレータを介して入力されるＸ（３以上の整数）入力Ｙ（Ｙは正の整数）出力のスイッチ部を介して上記Ｎ種類の変調信号を上記光コム光源部のＭ個（Ｍは正の整数）の光コム発生器に選択的に出力する切替制御を行うとともに、上記スイッチ部により選択されるＮ種類の変調信号の選択状態に応じて上記Ｍ個の光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【0027】

また、本発明に係る光コム距離計測方法において、上記状態切替工程では、３つの発振器を備える変調信号発生部の１の発振器により得られる周波数信号入力される少なくとも２つの周波数変換器に上記変調信号発生部の上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号をスイッチ部により切り替えて入力させ、上記少なくとも２つの周波数変換器により周波数変換された互いに周波数の異なる少なくとも２種類の変調信号を、上記光コム光源部の少なくとも２つの光コム発生器に駆動信号として供給するとともに、上記２つの周波数変換器に切替入力される各周波数信号の切替状態に応じて上記少なくとも２つの光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【0028】

また、本発明に係る光コム距離計測方法において、上記状態切替工程では、光コム光源部の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、光スイッチを用いたスイッチ部を介して、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力させる選択制御を行うとともに、その選択状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【0029】

本発明は、参照光と測定光の干渉信号とどちらか一方が測定区間を通った参照光と測定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装置であって、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光を出力する光コム光源部、上記光コム光源部から出力する測定光と参照光の変調周期の状態を切り替えるとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する状態切替制御部と、上記光コム光源部から測定光と参照光が入力され、入力された測定光と参照光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記入力された測定光と参照光のどちらか一方を測定対象物に向けて出力し、どちらか一方が上記測定対象物までの距離を往復した上記測定光と参照光を干渉させて測定用干渉光を生成する干渉部と、上記干渉部により生成された参照用干渉光を検出して参照信号を出力する参照用光検出器と、上記干渉部により生成された測定用干渉光を検出して測定信号を出力する測定用光検出器と、上記参照用光検出器から出力される参照信号および上記測定用光検出器から出力される測定信号と上記状態切替制御部から出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物までの距離を計算する信号処理部とを備えることを特徴とする。

【0030】

本発明に係る光コム距離計測装置において、上記光コム光源部は、Ｍ個（Ｍは正の整数）の光コム発生器を備え、上記状態切替制御部を介して選択的に入力される互いに周波数の異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号の内の少なくとも３種の変調信号により、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを、上記変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光として出力し、上記状態切替制御部は、上記互いに周波数の異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号が少なくとも３個のアイソレータを介して入力されるＸ（３以上の整数）入力Ｙ（Ｙは正の整数）出力のスイッチ部と、上記スイッチ部を介して上記Ｎ種類の変調信号を上記光コム光源部のＭ個の光コム発生器に選択的に出力する切替制御を行うとともに、上記スイッチ部により選択されるＮ種類の変調信号の選択状態に応じて上記Ｍ個の光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【0031】

また、本発明に係る光コム距離計測装置は、互いに周波数の異なる周波数信号を発生する少なくとも３つの発振器を備える変調信号発生部と、上記変調信号発生部の３つの発振器の内の１の発振器により得られる周波数信号と、上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号が入力される少なくとも２つの周波数変換器とを備え、上記状態切替制御部は、上記１の発振器以外の各発振器により得られる各周波数信号を上記スイッチ部により切り替えて上記少なくとも２つの周波数変換器に入力させ、上記少なくとも２つの周波数変換器により周波数変換された互いに周波数の異なる少なくとも２種類の変調信号を、上記光コム光源部の少なくとも２つの光コム発生器に駆動信号として供給するとともに、上記２つの周波数変換器に切替入力される各周波数信号の切替状態に応じて上記少なくとも２つの光コム発生器から出射される上記測定光と参照光の変調周期の切替状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【0032】

また、本発明に係る光コム距離計測装置において、上記光コム光源部は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる３以上の整数Ｎ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器を備え、上記状態切替制御部は、上記光コム光源部の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、互いに変調周期が異なるＭ（Ｍは正の整数）種類の光コムを巡回的に選択して出力する光スイッチを用いたスイッチ部と、上記光スイッチ部による光コムの選択動作を制御する制御部とを備え、上記制御部により、上記光スイッチを用いたスイッチ部を介してＮ種類の光コムから、互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力させる選択制御を行うとともに、その選択状態を示す状態信号を出力するものとすることができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明では、測定光と参照光を出力する光コム光源部における上記測定光と参照光の周波数状態を示す状態信号を用いて、干渉信号と同期して計測データを取り込み、波形の区間（場所）とその場所の周波数設定の状態を明確にして波形データを収録することにより、処理対象となる波形の区間において周波数状態の変化が無く一定であることが確認出来かつ波形データとして有効な区間であることの判定ができ、その区間の周波数設定値は計算で求められる位相値から遅延時間または距離への変換を行うことができる。

【0034】

すなわち、本発明では、光コム距離計の干渉信号と光源状態信号を同期して取り込み、波形の場所とその場所における光コムの周波数設定を明確にして距離計算を行うことにより、信号処理によって得られる位相値とその位相値が出力される信号区間の周波数設定を同時にかつ正しく取得することができ、距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0035】

したがって、本発明によれば、距離計算を短時間で確実に行うことのできる光コム距離計測方法及び光コム距離計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明を適用した光コム距離計測装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】本発明を適用した光コム距離計測装置における光コム光源部の構成例を示すブロック図である。

【図3】上記光コム光源部において、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4】上記光コム光源部に内蔵された状態切替制御部の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5】上記光コム距離計測装置により実施される本発明に係る光コム距離計測方法の手順を示す工程図である。

【図6】上記光コム距離計測方法における信号処理工程の具体的な処理手順を示す工程図である。

【図7】上記光コム距離計測装置における光コム光源部の他の構成例を示すブロック図である。

【図8】上記光コム距離計測装置における光コム光源部の更に他の構成例を示すブロック図である。

【図9】上記光コム光源部の周波数変換器の構成例を示すブロック図である。

【図10】本発明を適用した光コム距離計測装置における光コム光源部の更に他の構成例を示すブロック図である。

【図11】本発明を適用した光コム距離計測装置の更に他の構成例を示すブロック図である。

【図12】本発明を適用した光コム距離計測装置の更に他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】

【0037】

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。

【0038】

本発明は、例えば図１のブロック図に示すような構成の光コム距離計測装置１００に適用される。

【0039】

この光コム距離計測装置１００は、参照光と測定光の干渉信号と参照光と測定区間を通った測定光の干渉信号の時間差から距離を測定するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組の測定光と参照光を出力する光コム光源部１０と、上記光コム光源部１０から測定光と参照光が入力される干渉部２０と、上記干渉部２０により得られる参照信号と測定信号が入力される信号処理部３０を備える。

【0040】

上記光コム光源部１０は、測定光を出射する第１の光コム発生器１１Ａと、参照光を出射する第２の光コム発生器１１Ｂを備え、上記第１，第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂから出射する測定光と参照光の各変調周期の状態を切替設定または切替状態の読み取りを行うとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する状態切替制御部１２を内蔵している。

【0041】

上記光コム光源部１０は、周期的に変調され、変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光を出力し、上記状態切替制御部１２により、上記測定光と参照光の変調周期の状態を切替設定または切替状態の読み取りを行うものとすることができる。また、上記状態切替制御部１２は、後述する光コム距離計測装置１００Ｂのように、信号処理部に設けられていても良い。

【0042】

上記干渉部２０は、上記光コム光源部１０から入力される測定光、参照光のどちらか一方を測定対象物５０に向けて出力し、測定対象物５０まで距離を往復しない測定光と参照光を干渉させた参照用干渉光を参照用光検出器２３で検出して参照信号として出力するとともに、どちらか一方が測定対象物５０までの距離を往復した測定光と参照光を干渉させた測定用干渉光を測定用光検出器２４で検出して測定信号として出力するもので、その構成は様々であり、各光検出器２３，２４で必要な干渉信号が得られるようにビームスプリッタ（BS）や偏光ビームスプリッタ（PBS）が使い分けられる。

【0043】

図１のブロック図に示す光コム距離計測装置１００における干渉部２０では、上記光コム光源部１０から出射された参照光と測定光は、互いに偏光面が直交しているものとし、参照光が半透鏡（ＢＳ）からなる光混合素子２２Ａに入射されるとともに測定光が全反射鏡２１を介して上記光混合素子２２Ａに入射され、上記光混合素子２２Ａにより２つの混合光に分岐されて、一方の混合光が偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなる光分離混合素子２２Ｂに入射されるとともに、他方の混合光が参照用光検出器２３に入射され、上記一方の混合光が上記光分離混合素子２２Ｂにより偏光に応じて参照光と測定光に分離されて、上記参照光が１／４波長板２６Ａを介して基準面２５に入射され、また、上記測定光が１／４波長板２６Ｂを介して測定対象物５０に入射されるようになっている。上記光分離混合素子２２Ｂにより反射された参照光と、１／４波長板２６Ａを介して基準面２５に入射されて、上記基準面２５により反射されて上記１／４波長板２６Ａを再度通過して上記光分離混合素子２２Ｂに入射される参照光とは、偏光面が直交した状態になっており、上記光分離混合素子２２Ｂは、上記１／４波長板２６Ａを再度通過した参照光を透過し、上記光分離混合素子２２Ｂを透過した測定光と、１／４波長板２６Ｂを介して測定対象物５０に入射されて、上記測定対象物５０により反射されて上記１／４波長板２６Ｂを再度通過して上記光分離混合素子２２Ｂに入射される測定光とは、偏光面が直交した状態になっており、上記光分離混合素子２２Ｂは、上記１／４波長板２６Ｂを再度通過した測定光を反射する。なお、上記１／４波長板２６Ａ、２６Ｂは、それぞれファラデ－ローテータであってもよい。

【0044】

ここでは、上記光コム光源部１０から出射された参照光と測定光は、互いに偏光面が直交したものとしたが、上記光混合素子２２Ａとして偏光ビームスプリッタを用いて、基準光と測定光の互いに偏光面が直交する成分を混合するようにしてもよい。

【0045】

さらに、上記基準面２５により反射された基準光と、上記測定対象物５０により反射された測定光は、上記光分離混合素子２２Ｂにより混合され、その混合光が測定用光検出器２４に入射されるようになっている。

【0046】

すなわち、上記干渉部２０は、どちらも上記測定対象物５０までの距離を往復していない参照光と測定光を干渉させた参照用干渉光を上記参照用光検出器２３で検出することにより参照信号を得て、また、上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１を往復した参照光と上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２を往復した測定光を干渉させた測定用干渉光を上記測定用光検出器２４で検出することにより測定信号を得るようになっている。上記干渉部２０において、半透鏡（ＢＳ）、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、波長板、ファラデーローテータなどは干渉信号を生成するための構成要素の一部であって、干渉計の構成が変われば必要な部品も変わる。

【0047】

なお、上記干渉部２０において、半透鏡（ＢＳ）、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、波長板、ファラデーローテータなどは干渉信号を生成するための構成要素の一部であって、干渉計の構成が変われば必要な部品も変わる。参照光と測定光は、直交した偏光状態では干渉しないが、上記参照用光検出器２３、測定用光検出器２４は、偏光子などで一方の射影成分を抽出するか、直交する射影成分のそれぞれを差動検出して干渉信号を強調する機能を含むなど、何らかの形で参照光と測定光の干渉を発生するようになっている。

【0048】

この光コム距離計測装置１００において、上記参照用光検出器２３により得られる参照信号と上記測定用光検出器２４により得られる測定信号の時間差は、上記参照光が往復した上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１と上記測定光が往復した上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の２倍の距離を光が伝搬することによる遅延時間に相当し、真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎ_ｇで割ることにより上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）となる。

【0049】

上記信号処理部３０は、上記干渉部２０から供給される参照信号と測定信号に加えて上記光コム光源部１０の状態切替制御部１２から供給される状態信号を取り込むようになっており、それらを同期して入力することにより、上記参照信号と測定信号と状態信号を同期させて処理することにより、上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を計算し、外部に出力する。

【0050】

この光コム距離計測装置１００における信号処理部３０では、上記測定光と参照光を出力する光コム光源部１０における上記測定光と参照光の周波数状態を示す状態信号を用いて、上記参照信号と測定信号すなわち干渉信号と同期して計測データを取り込み、波形の区間（場所）とその場所の周波数設定の状態を明確にして波形データを収録することにより、処理対象となる波形の区間において周波数状態の変化が無く、周波数設定の完了と状態の安定が確認出来かつ波形データとして有効な区間であることの判定ができ、その区間の周波数設定値は計算で求められる位相値から遅延時間または距離への変換に利用される。

【0051】

すなわち、上記信号処理部３０では、上記参照信号と測定信号と状態信号を同期して取り込み、信号処理によって得られる位相値とその位相値が出力される信号区間の周波数設定を同時にかつ正しく取得することにより、上記参照信号と測定信号の波形の場所とその場所における光コムの周波数設定を明確に把握した状態で距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0052】

ここで、この光コム距離計測装置１００における光コム光源部１０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）種類の光コムを出力するもので、ここでは、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、図２に示すように、上記状態切替制御部１２からＮ（Ｎ＝４）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＝２）種類の変調信号が、上記光コム光源部１０に備えられたＭ（Ｍ＝２）個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに各駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして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＝２）種類の光コムを上記光コム発生器１１Ａ，１１Ｂから出力する。

【0053】

上記状態切替制御部１２は、基準発振器４Ｒにより与えられる基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦ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Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を発生するＮ（Ｎ＝４）個のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを備える変調信号発生部４からＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４が入力されるＮ（Ｎ＝４）入力Ｍ（Ｍ＝２）出力のスイッチ部１２Ａと、このスイッチ部１２Ａによる変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４の選択出力の切り替え制御を行う制御部１２Ｂを備え、上記スイッチ部１２Ａを介して互いに変調周期が異なる２種類の変調信号を上記光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに各駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして供給するようになっている。

【0054】

第１のＰＬＬ発振器４Ａは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第１の周波数ｆ_ｍ（ｆ_ｍ＝２５０００ＭＨｚ）に固定された第１の変調信号Ｆ_ｍ１を発生する。

【0055】

また、第２のＰＬＬ発振器４Ｂは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第２の周波数ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０ＭＨｚ）に固定された第２の変調信号Ｆ_ｍ２を発生する。

【0056】

また、第３のＰＬＬ発振器４Ｃは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第３の周波数ｆ_ｍ＋Δｆ（ｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚ）に固定された第３の変調信号Ｆ_ｍ３を発生する。

【0057】

さらに、第４のＰＬＬ発振器４Ｄは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて第４の周波数ｆ_ｍ＋Δｆ（ｆ_ｍ＋Δｆ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０．５ＭＨｚ）に固定された第４の変調信号Ｆ_ｍ４を発生する。

【0058】

なお、図２のブロック図に示す光コム光源部１０では、 上記変調信号発生部４と上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａの間にアイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを挿入して、上記変調信号発生部４からアイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２ＡにＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４が入力されるようになっている。

【0059】

このようにアイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを挿入して、上記変調信号発生部１２から５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａに変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を入力することにより、スイッチ部１２Ａ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４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）の動作が不安定になるのを防止することができる。

【0060】

上記アイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ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。

【0061】

そして、上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａは、その切り替え動作が制御部１２Ｂにより制御されることによって、上記変調信号発生部４から上記アイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して入力される４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４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２つの光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして供給する４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を図３の遷移状態図に示すように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。

【0062】

ここで、上記制御部１２Ｂは、４入力２出力のスイッチ部１２Ａを2ビットの信号で制御して出力周波数を選択する。2ビットの信号を１～４の数値で表して、光源部周波数設定の状態を＃１～＃４の値で出力することができる。駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢには４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４のどれか一つの周波数が現れる。上記２つの光コム発生器１１Ａ，１１Ｂは、駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢに一致する周波数間隔または駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢに同期した周波数間隔でサイドバンドを生成する外部変調型の光コム発生器でも良いし、モード間隔が駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢに一致または同期された周波数の間隔となっているモード同期レーザー光源であっても良い。

【0063】

この光コム距離計測装置１００における上記状態切替制御部１２の制御部１２Ｂは、２つ光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの遷移状態を次の表１に示すように、上記光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして供給する４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を巡回的に切り替えように上記スイッチ部１２Ａの切り替え動作を制御し、その切替状態を示す状態信号を出力するようになっている。

【表1】

【0064】

表１は、＃１～４の設定における２つの光コム発生器１１Ａ，１１Ｂの駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの周波数の遷移状態と位相差を示しており、基本周波数をｆ_ｍ、距離判定に必要な基本周波数の偏移をΔｆ_ｍ、光コム干渉を生成するための駆動周波数差をΔｆとして、例えば、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆ_ｍ＝１０ＭＨｚ、ｆ_ｍ＝Ｆ_ｍ１（２５０００ＭＨｚ）、ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＝Ｆ_ｍ２（２５０１０ＭＨｚ）、ｆ_ｍ＋Δｆ＝Ｆ_ｍ３（２５０００．５ＭＨｚ）、ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ＝Ｆ_ｍ４（２５０１０．５ＭＨｚ）となっている。

【0065】

すなわち、この光コム距離計測装置１００において、２つ光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに供給される駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢにより、各光コム発生器１１Ａ，１１Ｂの駆動周波数は、上記状態切替制御部１２によって次の表２に示すように遷移される。

【表2】

【0066】

ここで、光コム距離計測装置１００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１１Ａ，１１Ｂからパルス出射される干渉性のある参照光と測定光を用いることにより、信号処理部３０において、参照光用検出器２３により得られる干渉信号すなわち参照信号と測定用光検出器２４により得られる干渉信号測定信号を上記状態切替制御部１２により与えられる状態信号とともに取り込んで、上記状態信号に基づいて参照信号と測定信号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、基準点から測定対象物面５０までの距離を算出する。

【0067】

なお、測定距離が変調周波数ｆ_ｍ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、上記状態切替制御部１２により表１に示す４通りの変調周波数に設定した基準光と測定光を用いて４回測定して、上記信号処理部３０において、上記状態切替制御部１２の制御部１２Ｂにより状態信号とともに基準光と測定光を取り込んで、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／２ｆ_ｍ ｃ：光速）を超える距離を算出する。

【0068】

すなわち、上記状態切替制御部１２により表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１１Ａ，１１Ｂを駆動する変調信号の変調周波数がｆ_ｍとｆ_ｍ＋Δｆである＃１の設定では－２πｆ_ｍＴとなり、変調信号の変調周波数がｆ_ｍ＋Δｆ_ｍとｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆである＃２の設定では－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ）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（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆとｆ_ｍ＋Δｆ_ｍである＃４の設定では－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔとなる。なお、位相差の符号は２つの光コム発生器１１Ａ，１１Ｂを駆動する変調周波数の大小関係の逆転による符号反転を補正してある。

【0069】

距離（Ｌａ＝ｃ／２ｆ_ｍ ｃ：光速）よりも長い場合、参照信号と測定信号の位相差（－２πｆ_ｍＴ）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。

【0070】

一方、＃１の設定での参照信号と測定信号の位相差－２πｆ_ｍＴと＃２の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ）Ｔの差は２πΔｆ_ｍＴ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（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔと＃４の設定での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔの差は２πΔｆ_ｍＴであり、１／Δｆ_ｍの波長に相当する距離（Δｆ_ｍ＝１０ＭＨｚであればＬａは１５ｍ）までならば、一義的に位相が決まる。

【0071】

そして、この位相をｆ_ｍ／Δｆ_ｍ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。

【0072】

さらに、表１の＃１の設定での位相差－２πｆ_ｍＴと＃３の設定での位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆＴが得られる。

【0073】

さらに、表１の＃２の設定での位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ）Ｔと＃４の設定での位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆＴが得られる。

【0074】

ここで、ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚ、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆ_ｍ＝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。

【0075】

この光コム距離計測装置１００では、上記状態切替制御部１２により、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。

【0076】

この光コム距離計測装置１００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が、上記４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を上記状態切替制御部１２により巡回的に切り替えて、２つの光コム発生器１１Ａ，１１Ｂの駆動状態を迅速に遷移させることができ、上記信号処理部３０では、上記状態切替制御部１２の制御部１２Ｂにより与えられる状態信号とともに上記参照信号と測定信号と状態信号を取り込み、上記参照信号と測定信号の波形の場所とその場所における光コムの周波数設定を明確に把握した状態で絶対距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0077】

すなわち、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、互いに変調周期が異なる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、この光コム距離計測装置１００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。

【0078】

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種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を上記状態切替制御部１２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１１Ａ，１１Ｂ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。

【0079】

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、光コム発生器１１Ａと光コム発生器１１Ｂを駆動している駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの周波数を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。

【0080】

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。

【0081】

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Δｆ_ｍ＝Δｆの場合も否定しないので、ｆ_ｍ、ｆ_ｍ＋Δｆ、ｆ_ｍ＋２Δｆの３種類の変調周期でも可能あり、この光コム距離計測装置１００では、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）種類の光コムを出力する光コム光源部１０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光源部１０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状態切替制御部１２とを備えることにより、２つの光コム発生器１１Ａ、１１Ｂの駆動状態を迅速に遷移させることができ、上記信号処理部３０にいて、上記状態切替制御部１２の制御部１２Ｂにより与えられる状態信号とともに上記参照信号と測定信号と状態信号を取り込み、上記参照信号と測定信号の波形の場所とその場所における光コムの周波数設定を明確に把握した状態で絶対距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0082】

ここで、図４は、上記光コム光源部１０に内蔵された状態切替制御部１２の４入力２出力のスイッチ部１２Ａの具体的な構成例を示すブロック図である。

【0083】

すなわち、状態切替制御部１２の４入力２出力のスイッチ部１２Ａは、図４のブロック図に示すように、上記変調信号発生部４のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにより発生される４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４が、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１４_１Ａ，１４_１Ｂ，１４_１Ｃ，１４_１Ｄ、上記初段のスイッチ回路１４_１Ａ，１４_１Ｂ，１４_１Ｃ，１４_１Ｄを介して上記４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４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１４_２Ａ，１４_２Ｂ、上記２つのスイッチ回路１４_２Ａ，１４_２Ｂ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１４_３Ａ，１４_３Ｂ、上記２つのスイッチ回路１４_３Ａ，１４_３Ｂ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１４_４Ａ，１４_４Ｂが制御ロジックからなる制御部１２Ｂにより１０ＭＨｚの基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期して切り替え制御されることにより、上記第１，第２の光コム発生器１４Ａ、１４Ｂに駆動信号の遷移状態を図３に示すように、上記第１，第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号として供給する上記４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を巡回的に切り替えるようになっている。

【0084】

このスイッチ部１２Ａにおいて、初段の４つの初段のスイッチ回路１４_１Ａ，１４_１Ｂ，１４_１Ｃ，１４_１Ｄ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１４_２Ａ，１４_２Ｂ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。

【0085】

なお、図４のブロック図に示すスイッチ部１２Ａ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第１乃至第４の１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを介して上記４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４が初段の４つのスイッチ回路１４_１Ａ，１４_１Ｂ，１４_１Ｃ，１４_１Ｄに入力され、終段の２つのスイッチ回路１４_４Ａ，１４_４Ｂ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Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４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のアイソレータ１５Ａ，１５Ｂを介して出力されるようになっている。

【0086】

そして、この光コム距離計測装置１００では、図５の工程図に示す手順に従って本発明に係る光コム距離計測方法が実施される。

【0087】

本発明に係る光コム距離計測方法は、参照光と測定光の干渉信号と参照光と測定区間を通った測定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方法であって、先ず、状態切替工程Ｓ１では、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組以上の測定光と参照光の変調周期の状態を切り替えるとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する。すなわち、上記光コム光源部１０において、状態切替制御部１２により、第１、第２の光コム発生器１１Ａ、１１Ｂから出射する測定光と参照光の各変調周期の状態を切替設定または切替状態の読み取りを行うとともに、その切替状態を示す状態信号を出力する。

【0088】

次の干渉工程Ｓ２では、上記状態切替工程Ｓ１において、変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記変調周期の状態が切り替えられた測定光と参照光のどちらか一方を測定対象物５０に向けて出力し、どちらか一方が上記測定対象物５０までの距離を往復した上記測定光と参照光を干渉させて測定用干渉光を生成する。

【0089】

次の干渉光検出工程Ｓ３では、上記干渉工程Ｓ２において生成された参照用干渉光と測定用干渉光を参照用光検出器２３と測定用光検出器２４で検出することにより参照信号と測定信号を得て出力する。

【0090】

すなわち、上記干渉工程Ｓ２において、どちらも上記測定対象物５０までの距離を往復していない参照光と測定光を干渉させた参照用干渉光と、上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１を往復した参照光と上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２を往復した測定光を干渉させた測定用干渉光を生成して、次の干渉光検出工程Ｓ３において、参照用光検出器２３と測定用光検出器２４で上記参照用干渉光と測定用干渉光を検出することにより参照信号と測定信号を得ている。

【0091】

そして、次の信号処理工程Ｓ４では、上記干渉光検出工程Ｓ３において出力される参照信号および測定信号と上記状態切替工程Ｓ１において出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物５０までの距離を計算する。すなわち、上記信号処理部３０により、上記干渉部２０から供給される参照信号と測定信号に加えて上記光コム光源部１０の状態切替制御部１２から供給される状態信号を同期して取り込み、上記参照信号と測定信号と状態信号を同期させて処理することにより、上記参照光が往復した上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１と上記測定光が往復した上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の２倍の距離を光が伝搬することによる遅延時間に相当し、上記参照信号と測定信号との時間差に真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎ_ｇで割ることにより、上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を算出する。

【0092】

ここで、上記信号処理工程Ｓ３では、図６の工程図に示すように、上記信号処理部３０により、先ず信号入力工程Ｓ３１にて、上記状態切替工程Ｓ１において出力される状態信号と上記干渉工程Ｓ２において出力される参照信号および測定信号を取り込み、次の位相差計算工程Ｓ３２で、上記参照信号と測定信号の包絡線パルスの位相差を計算する。位相差計算工程Ｓ３２では、位相差を計算する際に、位相差データにその信号区間の光源状態すなわち周波数情報を付帯させる。

【0093】

次の距離計算基礎データ取得工程Ｓ３３では、状態信号と駆動周波数の例に挙げた#１～#４の位相差データを各１データ以上収集する。この距離計算基礎データ取得工程Ｓ３２において収集する位相差データは、最低でも#１，#２の１組または#３，#４の１組が必要である。

【0094】

次の次数判定工程Ｓ３４では、上記距離計算基礎データ取得工程Ｓ３３で収集した一組の位相差データの異なる状態間の差を計算する。すなわち、位相差の差を計算することになる。この計算によって、例えば、上記表１に示した設定状態における＃１、＃２であればΔｆ_ｍで計測した場合の位相差が求められる。Δｆ_ｍが１０ＭＨｚであれば凡そ１５ｍで２π［ｒａｄ］の緩慢な変化となる。Δｆ_ｍの位相をφ_Δｆｍと表し、設定状態＃１で計測した場合のｆｍの位相をφ_ｆｍとすると、φ_Δｆｍをｆ_ｍ／Δｆ_ｍ倍した値はφ_ｆｍ＋２Ｐπ（Ｐは次数）と近い値となっているはずであるので、この関係から次数を決定する。

【0095】

そして、次の距離計算工程Ｓ３５では、φ_ｆｍ＋２Ｎπ（Ｎは次数）を２πで除して基本周波数ｆ_ｍの半波長を乗じることにより、光学距離で表された距離が基本周波数ｆ_ｍの測定精度で得られ、得られた光学距離に屈折率補正や原点補正を行って距離出力とする。

【0096】

この光コム距離計測装置１００では、このように本発明に係る光コム距離計測方法を実施することにより、測定光と参照光を出力する光コム光源部１０における上記測定光と参照光の周波数状態を示す状態信号を用いて、干渉信号と同期して計測データを取り込み、波形の区間（場所）とその場所の周波数設定の状態を明確にして波形データを収録することにより、処理対象となる波形の区間において周波数状態の変化が無く、周波数設定の完了と状態の安定が確認出来かつ波形データとして有効な区間であることの判定ができ、その区間の周波数設定値は計算で求められる位相値から遅延時間または距離への変換を短時間で確実に行うことができる。

【0097】

ここで、上記光コム距離計測装置１００における光コム光源部１０として用いられる外部変調型の第１、第２の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’を備える光コム光源部１０’の構成例を図７のブロック図に示す。

【0098】

この光コム光源部１０’では、レーザー光源１から出射されるレーザー光が光分配器２を介して外部変調型の第１、第２の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’に入射されている。

【0099】

上記第１、第２の光コム発生器１１Ａ’、１１Ｂ’は、変調信号発生部４のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにより発生される４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４が上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａを介して巡回的に選択されて駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして供給され、上記駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢに同期した周波数間隔でサイドバンドを生成することにより、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる１組測定光と参照光を出射する。

【0100】

また、上記光コム距離計測装置１００における光コム光源部１０では、上記状態切替制御部１２において、上記光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢとして供給する４種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を巡回的に切り替えように上記スイッチ部１２Ａの切り替え動作を制御部１２Ｂにより制御し、その切替状態を示す状態信号を出力するようにしたが、次の図８のブロックに示す光コム光源部１１０のように、上記切替制御部１２により変調周波数が巡回的に切り替えられた駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢをアップコンバートして第１、第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに供給するようにしてもよい。

【0101】

図８に示す光コム光源部１１０は、図２に示した光コム光源部１０における２つ光コム発生器１１Ａ、１１Ｂ供給する駆動信号として、変調信号発生部４により発生される１ＧＨｚ帯域の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を周波数変換器７Ａ，７Ｂによりアップコンバートして２５ＧＨｚ帯域の変調信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢを得るようにしたものである。

【0102】

この光コム光源部１１０における変調信号発生部１１４は、１ＧＨｚ帯域の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を発生する４個のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄと２４ＧＨｚの周波数信号Ｆ_０を発生する１個のＰＬＬ発振器４Ｅを備える。

【0103】

この光コム光源部１１０において、変調信号発生部１１４の第５のＰＬＬ発振器４Ｅは、基準発振器４Ｒから供給される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数ｆ_０が固定された２４ＧＨｚの周波数信号Ｆ_０をパワーデバイダ６を介して２つの周波数変換器７Ａ，７Ｂに供給する。

【0104】

また、上記変調信号発生部１１４において、第１のＰＬＬ発振器４Ａは、上記基準発振器４Ｒにより発生される周波数が例えば１０ＭＨｚの基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆ_ｍ’(ｆ_ｍ’＝１０００ＭＨｚ)に固定された第１の周波数信号Ｆ_１を発生する。

【0105】

また、第２のＰＬＬ発振器４Ｂは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆ_ｍ’＋Δｆ_ｍ(ｆ_ｍ’＋Δｆ_ｍ＝１０１０ＭＨｚ)に固定された第２の周波数信号Ｆ_２を発生する。

【0106】

また、第３のＰＬＬ発振器４Ｃは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆ_ｍ’＋Δｆ(ｆ_ｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ)に固定された第３の周波数信号Ｆ_３を発生する。

【0107】

さらに、第４の発振器４Ｄは、上記基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦにＰＬＬ回路により位相同期されて周波数がｆ_ｍ’＋Δｆ_ｍ＋Δｆ(ｆ_ｍ’＋Δｆ＋Δｆ_ｍ＝１０１０．５ＭＨｚ)に固定された第４の周波数信号Ｆ_４を発生する。

【0108】

上記変調信号発生部１１４において、上記第１乃至第４のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにより得られる第１乃至第４の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４は、アイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して状態切替制御部１２の４入力２出力のスイッチ部１２Ａに入力される。

【0109】

上記状態切替制御部１２の制御部１２Ｂは、上記変調信号発生部１１４の基準発振器４Ｒにより与えられる基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期して、上記変調信号発生部１１４から上記アイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して上記スイッチ部１２Ａの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Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を巡回的に切り替えて上記スイッチ部１２Ａの２つの出力端子から出力し、１ＧＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を巡回的に切り替えた第１、第２の変調信号Ｆ_ｍａ，Ｆ_ｍｂを上記２つの周波数変換器７Ａ，７Ｂに供給する４入力２出力のセレクタスイッチとして上記スイッチ部１２Ａを機能させる。

【0110】

ここで、上記変調信号発生部４と上記状態切替制御部１２のスイッチ回路１２Ａの間にアイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを挿入して、上記変調信号発生部４からアイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介してスイッチ回路１２Ｂに周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を入力することにより、上記スイッチ回路１２Ａ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。

【0111】

上記アイソレータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ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。

【0112】

そして、上記第１，第２の周波数変換器７Ａ，７Ｂは、上記第５のＰＬＬ発振器４Ｅから供給される周波数（例えば、２４ＧＨｚ）の周波数信号Ｆ_０と、上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａから１ＧＨｚ帯の４種類の周波数ｆｍ’＝１０００ＭＨｚ、ｆｍ’＋Δｆ_ｍ＝１０１０ＭＨｚ、ｆ_ｍ’＋Δｆ＝１０００．５ＭＨｚ、ｆ_ｍ’＋Δｆ_ｍ’＋Δｆ＝１０１０．５ＭＨｚの周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４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Ｆ_ｍａ，Ｆ_ｍｂを用いて、２５ＧＨｚ帯域の４種類の変調周波数ｆ_ｍ＝２５０００ＭＨｚ，ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０ＭＨｚ，ｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚ，ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０１０．５ＭＨｚに周波数変換した第１、第２の変調信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢを得て、上記第１、第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに駆動信号として供給する。

【0113】

すなわち、上記第１，第２の周波数変換器７Ａ，７Ｂは、１ＧＨｚ帯の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４からなる第１，第２の変調信号Ｆ_ｍａ，Ｆ_ｍｂを上記第１，第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ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Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢに周波数変換するアップコンバータとして機能する。

【0114】

上記第１，第２の周波数変換器７Ａ，７Ｂ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９に示すような構成の位相同期を利用した周波数変換器７が用いられる。

【0115】

ここで、上記第１，第２の周波数変換器７Ａ，７Ｂ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（ｆ_ｍ、ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ、ｆ_ｍ＋Δｆ、ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋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７Ａ，７Ｂの出力側にそれぞれ帯域通過フィルタ８Ａ，８Ｂ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１１Ａ，１１Ｂに供給することになる。

【0116】

例えば、周波数混合器を用いた第１の周波数変換器７Ａ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ｆ_ｍ＋Ｓｆ_ｂ（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、ｆ_ｂ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１１Ａに駆動信号として供給する第１の変調信号Ｆ_ｍＡに混入すると、上記第１の光コム発生器１１Ａ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８Ａを用いて、必要なｆ_ｍ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。

【0117】

また、周波数混合器を用いた第1の周波数変換器７Ａにより発生される望まない周波数成分ｆ_ｍ＋Ｓｆ_ｂは、入力側のパワーデバイダ６の方向にも伝搬し、パワーデバイダ６１も理想的な特性ではないので、第２の周波数変換器７Ｂに到達することになる。第２の周波数変換器７Ｂに到達した上記望まない周波数成分ｆ_ｍ＋Ｓｆ_ｂが周波数変換されることにより、該第２の周波数変換器７Ｂの出力には、ｆ_ｍ＋Ｓｆ_ｂ＋Ｓ’（ｆ_ｂ＋Δｆ）の周波数成分が混入することになる。ここで（ｆ_ｂ＋Δｆ）は周波数変換器７Ｂに入力される周波数変換前の変調信号の周波数である。

【0118】

ここで、Ｓ’は整数である。Ｓ＋Ｓ’＝０以外の周波数成分は、ｆ_ｍから＋ｆ_ｂ又は－ｆ_ｂの外になるので、必要なｆ_ｍ＋Δｆの周波数を通過させる帯域通過フィルタ８Ａ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、ｆ_ｍ＋Ｓ’Δｆとなり、必要なＳ’＝１のｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ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５Ｅ，５Ｆを挿入することにより、周波数変換器７Ａ，７Ｂによる反射成分を減衰させることができる。

【0119】

上記アイソレータ５Ｅ，５Ｆ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。

【0120】

上記光コム光源部１１０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。

【0121】

なお、上記光コム光源部１１０において、ｆ_ｂ、ｆ_ｂ＋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、ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚの場合でｆ_ｂ＝１００ＭＨｚの場合、帯域通過フィルタ８Ａ，８Ｂには、ｆ_ｍ＋ｆ_ｂ又はｆ_ｍ－ｆ_ｂ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。

【0122】

ここで、上記周波数変換器７Ａ，７Ｂ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９に示すような構成の位相同期を利用した周波数変換器７を用いることもできる。

【0123】

この周波数変換器７は、位相比較器７１と、この位相比較器７１により発振位相が制御される電圧制御型発振器７２と、この電圧制御型発振器７２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７３を備える。

【0124】

この周波数変換器７では、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｂの変調信号Ｆ_ｂが位相比較器７１に入力され、上記第５のＰＬＬ発振器４Ｅから周波数がｆ_ｍ－ｆ_ｂの周波数信号として２４．９ＧＨｚの周波数信号Ｆ_０が周波数混合器７３に供給される。電圧制御型発振器７２から出力される２５ＧＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｍの変調信号Ｆ_ｍと上記２４．９ＧＨｚの周波数信号Ｆ０との差周波数ｆ_ｂ’の周波数信号を上記周波数混合器７３により得て上記１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｂの変調信号Ｆ_ｂと上記位相比較器７１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７２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ｆ_ｂの変調信号Ｆ_ｂに位相同期して周波数が固定された２５ＧＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｍの変調信号Ｆ_ｍを上記電圧制御型発振器７２から出力する。

【0125】

すなわち、この周波数変換器７は、例えば上記周波数変換器７Ａとして用いる場合、上記位相比較器７１に上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａにより１００ＭＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を巡回的に切り替えた第１の変調信号Ｆ_ｍａが供給されることにより、上記差周波数ｆ_ｂ’の周波数信号と上記第１の変調信号Ｆ_ｍａとの位相比較を行い上記電圧制御型発振器７２にフィードバックして、上記電圧制御型発振器７２の発振位相を制御して、１００ＭＨｚ帯の第１の変調信号Ｆ_ｍａをアップコンバートした２５ＧＨｚ帯の周波数ｆ_ｍＡの変調信号Ｆ_ｍＡを上記電圧制御型発振器７２から出力することができる。

【0126】

また、この周波数変換器７は、例えば上記周波数変換器７Ｂとして用いる場合、上記位相比較器７１に上記状態切替制御部１２のスイッチ部１２Ａにより１００ＭＨｚ帯の４種類の周波数信号Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４を巡回的に切り替えた第２の変調信号Ｆ_ｍｂが供給されることにより、上記差周波数ｆ_ｂ’の周波数信号と上記第２の変調信号Ｆ_ｍｂとの位相比較を行い上記電圧制御型発振器７２にフィードバックして、上記電圧制御型発振器７２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ｆ_ｍＢの変調信号Ｆ_ｍＢを上記電圧制御型発振器７２から出力することができる。

【0127】

ここで、この周波数変換器７において、上記位相比較器７１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ｆ_ｂ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７Ａ，７Ｂの出力の相対位相雑音は、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｂ、ｆ_ｂ＋Δｆ_ｍ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。

【0128】

また、周波数変換器７の出力は、１００ＭＨｚ帯の変調周波数ｆ_ｂ又はｆ_ｂ＋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７２のスプリアスｆ_ｍ＋ｆ_ｂ又はスプリアスｆ_ｍ－ｆ_ｂを小さくできる。

【0129】

したがって、上記周波数変換器７Ａ，７Ｂとしてそれぞれ上記位相同期を利用した周波数変換器７を用いることにより、出力側の帯域通過フィルタ８Ａ，８Ｂは、不要とする、あるいは仕様を軽減することができる。

【0130】

上記光コム距離計測装置１００では、上記切替制御部１２により変調周波数が巡回的に切り替えられた駆動信号Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＡを上記周波数変換器７Ａ，７Ｂによりアップコンバートして第１，第２の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂに供給するようにした上記光コム発生部１１０から出射される低相対位相雑音光コムを参照光と測定光として用いて距離計測を行うことができる。

【0131】

また、上記光コム光源部１０，１１０では、上記変調信号発生部４，１１４により発生される基準発振器４Ｒにより与えられる基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに位相同期された互いに発振周波数が異なる３以上の整数Ｎ種類の変調信号を上記状態切替制御部１２のＮ入力Ｍ（Ｍは正の整数）出力のスイッチ部１２Ａにより巡回的に切り替えて、互いに変調周期が異なるＭ種類の変調信号を駆動信号として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１０に示す光コム光源部１２０における状態切替制御部１１２のように、互いに変調周期が異なるＮ種類の光コムを発生するＮ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，・・・により発生されるＮ種類の光コムからＮ入力Ｍ出力の光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａにより互いに変調周期が異なるＭ種類の光コムを巡回的に選択して出力するように、制御部１１２Ｂにより上記Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａの切替選択動作を制御するともに、上記制御部１１２Ｂから切替選択状態を示す状態信号を出力するようにしてもよい。

【0132】

この場合、すべての光コムの変調周期が異なっている必要はなく、一部は同じ変調周期でも波長違いとか、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期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、同じ変調周期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。

【0133】

ここでは、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、この光コム光源部１２０は、４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと、基準発振器４Ｒにより発生される基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに位相同期されたＮ（Ｎ＝４）種類の変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４を発生する４個のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを備える変調信号発生部４と、上記４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄにより発生される４種類の光コムから互いに変調周期が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して出力する状態切替制御部１１２を備える。

【0134】

上記４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、上記変調信号発生部４の４個のＰＬＬ発振器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにより与えら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Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４により駆動されることにより、互いに変調周期が異なる４種類の光コムを発生する。

【0135】

上記４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、上記変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４の周波数に一致する周波数間隔でサイドバンドを生成する外部変調型の物でも良いし、モード間隔が変調信号Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４の周波数に一致または同期された周波数の間隔となっているモード同期レーザー光源でも良い。

【0136】

そして、上記状態切替制御部１１２は、上記４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄにより発生される４種類の光コムから互いに変調周期が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して出力する４入力２出力の光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａと、上記４入力２出力の光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａによる光コムの選択動作を制御する制御部１１２Ｂを備え、上記制御部１１２Ｂにより制御される上記４入力２出力の光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａにより互いに変調周期や周波数が異なる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とともに、上記光スイッチを用いたスイッチ部１１２Ａによる光コムの選択状態を示す状態信号を出力する。

【0137】

この光コム光源部１２０では、光コムを切り替えるので、変調信号発生部４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。

【0138】

ここで、上記光コム距離計測装置１００では、上記干渉部２０に備えられた参照用光検出器２３、測定用光検出器２４により参照信号と測定信号を得るようにしたが、上記参照用光検出器２３、測定用光検出器２４への導光部分を光ファイバにすることにより、図１１のブロック図に示す光コム距離計測装置１００Ａのように、信号処理部３０Ａに参照用光検出器２３、測定用光検出器２４を設けるようにしてもよい。

【0139】

この光コム距離計測装置１００Ａにおいて、干渉部２０Ａは、信号処理部３０Ａに設けられた参照用光検出器２３、測定用光検出器２４により参照信号と測定信号を得るために参照光と測定光の干渉を発生する干渉系として機能し、発生した参照用干渉光と測定用干渉光を信号処理部３０Ａに設けられた参照用光検出器２３と測定用光検出器２４に２本の光ファイバ１２３，１２４を介して入射させるようになっている。

【0140】

この光コム距離計測装置１００Ａにおける信号処理部３０Ａでは、光コム光源部１０に内蔵された状態切替制御部１２により該光コム光源部１０の周波数状態を切り替え、その切替状態を示す状態信号を取り込み、参照用光検出器２３と測定用光検出器２４により得られる参照信号と測定信号と上記状態信号を同期させて処理することにより、上記参照光が往復した上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１と上記測定光が往復した上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の２倍の距離を光が伝搬することによる遅延時間に相当し、上記参照信号と測定信号との時間差に真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎ_ｇで割ることにより、上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を算出する。

【0141】

上記参照用光検出器２３、測定用光検出器２４の設置位置は任意であり、光コム光源部１０に含めるようにしてもい。

【0142】

また、上記光コム距離計測装置１００，１００Ａでは、光コム光源部１０に状態切替制御部１２が内蔵されているものとしたが、状態切替制御部１２の制御部１２Ｂは光コム光源部１０に内蔵されている必要はなく、図１２のブロック図に示す光コム距離計測装置１００Ｂのように、信号処理部３０Ｂに設置されているものとしてもよい。

【0143】

この光コム距離計測装置１００Ｂは、上記光コム距離計測装置１００Ａにおける信号処理部３０Ａに状態切替制御部１２の制御部１２Ｂを移動したものであり、信号処理部３０Ｂには、干渉部２０Ａにおいて発生した参照用干渉光と測定用干渉光が２本の光ファイバ１２３，１２４を介して入射される参照用光検出器２３と測定用光検出器２４が設けられているとともに、状態切替制御部１２の制御部１２Ｂが設けられている。なお、直交する射影成分のそれぞれを差動検出する参照用光検出器２３と測定用光検出器２４を用いる場合には、参照用干渉光と測定用干渉光をそれぞれ直交する２偏光に分離して、それぞれ２本、計４本の光ファイバを介して参照用光検出器２３と測定用光検出器２４に入射させることになる。

【0144】

この光コム距離計測装置１００Ｂにおいて、状態切替制御部１２は、信号処理部３０Ｂに設けられた制御部１２Ｂから光コム光源部１０側のスイッチ部１２Ａの動作制御を行うことにより、光コム光源部１０Ｂの周波数状態を切り替え、信号処理部３０Ｂでは、その切替状態を示す状態信号を取り込み、参照用光検出器２３と測定用光検出器２４により得られる参照信号と測定信号と上記状態信号を同期させて処理することにより、上記参照光が往復した上記基準面２５までの基準光路の距離Ｌ１と上記測定光が往復した上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の２倍の距離を光が伝搬することによる遅延時間に相当し、上記参照信号と測定信号との時間差に真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎ_ｇで割ることにより、上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を算出する。

【0145】

上記光コム距離計測装置１００Ａ，１００Ｂでは、信号処理部３０Ａ，３０Ｂにおいて、上記測定光と参照光を出力する光コム光源部１０、１０Ｂにおける上記測定光と参照光の周波数状態を示す状態信号を用いて、上記参照信号と測定信号すなわち干渉信号と同期して計測データを取り込み、波形の区間（場所）とその場所の周波数設定の状態を明確にして波形データを収録することにより、処理対象となる波形の区間において周波数状態の変化が無く、周波数設定の完了と状態の安定が確認出来かつ波形データとして有効な区間であることの判定ができ、その区間の周波数設定値は計算で求められる位相値から遅延時間または距離への変換を短時間に確実に行うことができる。

【0146】

なお、上記光コム距離計測装置１００，１００Ａ，１００Ｂの干渉部２０，２０Ａ，１０Ｂでは、参照光を通過させる距離Ｌ１の基準光路に基準面２５を設けるようにしているが、上記基準面２５に替えてリトロリフレクタや光ファイバを用いて基準光路の距離Ｌ１を形成するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0147】

１ レーザー光源、２ 光分配器、４ 変調信号発生部、４Ｒ 基準発振器、４Ａ～４Ｅ ＰＬＬ発振器、５Ａ～５Ｆ，１３Ａ～１３Ｄ，１５Ａ，１５Ｂ アイソレータ、７，７Ａ，７Ｂ 周波数変換器、８Ａ，８Ｂ 帯域通過フィルタ、１０，１０’，１０Ｂ，１１０，１２０ 光コム光源部、１１Ａ～１１Ｄ，１１Ａ’，１１Ｂ’ 光コム発生器、１２ １１２ 状態切替制御部、１２Ａ，１１２Ａ スイッチ部、１２Ｂ，１１２Ｂ 制御部、１４_１Ａ，１４_１Ｂ，１４_１Ｃ，１４_１Ｄ，１４_２Ａ，１４_２Ｂ，１４_３Ａ，１４_３Ｂ，１４_４Ａ，１４４_４Ｂ スイッチ回路、２０，２０Ａ 干渉部、２１ 全反射鏡、２２Ａ 光混合素子、２２Ｂ 光分離混合素子、２３ 参照光検出器、２４ 測定光検出器、２５ 基準面、２６Ａ，２６Ｂ １／４波長板、３０，２０Ａ、３０Ｂ 信号処理部、７１ 位相比較器、７２ 電圧制御型発振器、７３ 周波数混合器、１００，１００Ａ，１００Ｂ 光コム距離計測装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】