特許 7498497 光コム発生装置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】2024-06-04

(45)【発行日】2024-06-12

(54)【発明の名称】光コム発生装置及び光コム距離計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 9/02002 20220101AFI20240605BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20240605BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20240605BHJP

【ＦＩ】

G01B9/02002

G01B11/00 B

G01C3/06 120Q

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021196411

(22)【出願日】2021-12-02

(65)【公開番号】P2023082558

(43)【公開日】2023-06-14

【審査請求日】2023-08-02

(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】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特許第６９９４１２８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特許第６９２５５５０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１４５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１２６４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ９／０２ － ９／２０６１

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｃ ３／０６

(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用の光コム発生装置であって、
互いに変調状態が異なるＮ（Ｎは３以上の整数）種類の光コムを出力するＮ個の自励発振型の光コム発生器を備える光コム光源部と、
上記Ｎ個の光コム発生器が出力するＮ種類の光コムから、互いに変調状態が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）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、
上記自励発振型の光コム発生器は、その発振出力の一部を検出する光検出器による検出出力から抽出される変調周波数成分を参照信号と比較する制御部により制御された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】

上記自励発振型の光コム発生器は、上記制御部により、レーザー発振周波数が制御されることを特徴とする請求項１に記載の光コム発生装置。

【請求項3】

上記自励発振型の光コム発生器は、上記制御部により、光コム周波数が制御されることを特徴とする請求項１に記載の光コム発生装置。

【請求項4】

上記光検出器は、光フィルタを介して上記自励発振型の光コム発生器の発振出力の一部を検出することを特徴とする請求項１に記載の光コム発生装置。

【請求項5】

上記自励発振型の光コム発生器は、モードロックレーザーを用いた光コム発生器である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。

【請求項6】

上記自励発振型の光コム発生器は、パラメトリック波長変換を用いた光コム発生器である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。

【請求項7】

上記自励発振型の光コム発生器は、レーザー光源の直接変調を用いた光コム発生器である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。

【請求項8】

上記Ｎ個の自励発振型の光コム発生器は、基準周波数信号を基準にして各駆動周波数が同期していることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光コム発生装置。

【請求項9】

上記Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチの入力側に挿入されたＮ個の光アイソレータを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光コム発生装置。

【請求項10】

上記Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチの出力側に挿入されたＭ個の光アイソレータを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の光コム発生装置。

【請求項11】

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組以上の参照光と測定光を出力する光コム発生部と、
上記光コム発生部から参照光と測定光が入力され、入力された参照光と測定光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記入力された参照光と測定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参照光と測定光を干渉させて測定用干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計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、上記光コム干渉計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を備える光コム干渉検出部と、
上記光コム干渉検出部から出力される参照信号および測定信号の時間差に基づいて、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、
上記光コム発生部は、複数の光コム発生器から出力される互いに変調状態が異なる複数種類の光コムを光スイッチで巡回的に選択することにより、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えが行われる請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の光コム発生装置であることを特徴とする光コム距離計測装置。

【請求項12】

上記光コム発生部の光スイッチ制御部は、上記光スイッチを介して上記参照光と測定光として出力する光コムの変調状態を示す状態信号を出力する機能を有し、
上記信号処理部は、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光スイッチ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ことを特徴とする請求項１１に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用の光コム発生装置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、光源の周波数設定状態を切換えるのではなく、複数の光コム発生器から出力される互いに変調状態が異なる複数種類の光コムを光スイッチで巡回的に選択することにより、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを高速に且つ確実に実施することのできる光コム距離計測用の光コム発生装置及び光コム距離計測装置を提供することにある。

【0022】

また、本発明の他の目的は、光スイッチによる光コム出力の切り替えに伴う不安定動作状態を回避して参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを瞬時に行うことができる光コム発生装置及び光コム距離計測装置を提供することにある。

【0023】

さらに、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。

【0024】

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】

【0025】

本発明では、光源の周波数設定状態を切換えるのではなく、複数の自励発振型の光コム発生器から出力される互いに変調状態が異なる複数種類の光コムを光スイッチで巡回的に選択することにより、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを高速に且つ確実に実施する。

【0026】

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用の光コム発生装置であって、互いに変調状態が異なるＮ（Ｎは３以上の整数）種類の光コムを出力するＮ個の自励発振型の光コム発生器を備える光コム光源部と、上記Ｎ個の光コム発生器が出力するＮ種類の光コムから、互いに変調状態が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）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、上記自励発振型の光コム発生器は、その発振出力の一部を検出する光検出器による検出出力から抽出される変調周波数成分を参照信号と比較する制御部により制御された光コムを出力することを特徴とする。

【0027】

本発明に係る光コム発生装置において、上記自励発振型の光コム発生器は、上記制御部により、レーザー発振周波数が制御されるものとすることができる。

【0028】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記自励発振型の光コム発生器は、上記制御部により、光コム周波数が制御されるものとすることができる。

【0029】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記光検出器は、光フィルタを介して上記自励発振型の光コム発生器の発振出力の一部を検出するものとすることができる。

【0030】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記自励発振型の光コム発生器は、モードロックレーザーを用いた光コム発生器であるものとすることができる。

【0031】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記自励発振型の光コム発生器は、パラメトリック波長変換を用いた光コム発生器であるものとすることができる。

【0032】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記自励発振型の光コム発生器は、レーザー光源の直接変調を用いた光コム発生器であるものとすることができる。

【0033】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記Ｎ個の自励発振型の光コム発生器は、基準周波数信号を基準にして各駆動周波数が同期しているものとすることができる。

【0037】

また、本発明に係る光コム発生装置において、上記Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチの入力側に挿入されたＮ個の光アイソレータを備えるものとすることができる。

【0038】

さらに、本発明に係る光コム発生装置において、 上記Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチの出力側に挿入されたＭ個の光アイソレータを備えるものとすることができる。

【0039】

また、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組以上の参照光と測定光を出力する光コム発生部と、上記光コム発生部から参照光と測定光が入力され、入力された参照光と測定光を干渉させて参照用干渉光を生成するとともに、上記入力された参照光と測定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参照光と測定光を干渉させて測定用干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計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、上記光コム干渉計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を備える光コム干渉検出部と、上記光コム干渉検出部から出力される参照信号および測定信号の時間差に基づいて、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、上記光コム発生部は、複数の光コム発生器から出力される互いに変調状態が異なる複数種類の光コムを光スイッチで巡回的に選択することにより、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えが行われる請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の光コム発生装置であることを特徴とする。

【0040】

本発明に係る光コム距離計測装置において、上記光コム発生部の光スイッチ制御部は、上記光スイッチを介して上記参照光と測定光として出力する光コムの変調状態を示す状態信号を出力する機能を有し、上記信号処理部は、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光スイッチ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ものとすることができる。

【発明の効果】

【0041】

本発明では、それぞれ発振出力の一部を検出する光検出器による検出出力から抽出される変調周波数成分を参照信号と比較する制御部により制御されるＮ個の自励発振型の光コム発生器が出力するＮ種類の光コムから、互いに変調状態が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを巡回的に選択して出力するＮ入力Ｍ出力の光スイッチを備えることにより、光源の周波数設定状態を切換えるのではなく、複数の自励発振型の光コム発生器から出力される互いに変調状態が異なる複数種類の光コムを光スイッチで巡回的に選択して、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを高速に且つ確実に実施することができる光コム距離計測用の光コム発生装置を提供することができる。

【0042】

本発明では、光スイッチの入力側及び／又は出力側に光アイソレータを備えることにより、光スイッチによる光コム出力の切り替えに伴う不安定動作状態を回避して参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを瞬時に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。

【0043】

本発明に係る光コム距離計測装置では、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組以上の参照光と測定光を出力する光コム発生部として、上記光コム発生装置を備えることにより、参照光と測定光の周波数設定状態の切換えを高速に且つ確実に実施して、信号処理部において、測定対象物までの距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0044】

さらに、本発明に係る光コム距離計測装置では、上記光コム発生部の光スイッチ制御部は、上記光スイッチを介して上記参照光と測定光として出力する光コムの変調状態を示す状態信号を出力する機能を有することにより、上記信号処理部は、上記参照光と測定光の変調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。すなわち、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光スイッチ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計算を短時間で確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】本発明を適用した光コム発生装置を光コム発生部として備える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】上記光コム距離計測装置において、光スイッチを介して出力される２つ光コムの変調状態の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備えられる自励発振型の光コム発生器の構成を示すブロック図であり、（Ａ）は自励発振光源を備える光コム発生器の構成例を示し、（Ｂ）は自励発振光源を備える光コム発生器の他の構成例を示す。

【図4】上記光コム発生装置に備えられる外部変調型光コム発生器の構成を示すブロック図であり、（Ａ）は外部変調型光コム発生器の構成例を示し、（Ｂ）外部変調型光コム発生器の他の構成例を示す。

【図5】本発明を適用した光コム発生装置を光コム発生部として備える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6】本発明を適用した外部変調型の光コム発生装置を光コム発生部として備える光コム距離計測装置の他の構成例を示すブロック図である。

【図7】本発明を適用した外部変調型の光コム発生装置を光コム発生部として備える光コム距離計測装置の他の構成例を示すブロック図である。

【図8】本発明を適用した光コム発生装置を光コム発生部として備える光コム距離計測装置の他の構成例を示すブロック図である。

【図9】本発明を適用した光コム発生装置を備える光コム距離計測装置の他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発生装置を光コム発生部として備える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】

【0046】

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。

【0047】

図１は、本発明を適用した光コム発生装置を光コム発生部１０として備える光コム距離計測装置１００の構成例を示すブロック図である。

【0048】

この光コム距離計測装置１００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組以上の参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２を出力する光コム発生部１０と、上記光コム発生部１０から参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２が入力され、入力された参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２を干渉させた参照用干渉光Ｓ_３を検出するとともに、入力された参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２のどちらか一方を上記測定対象物５０に向けて出力して、どちらか一方が測定区間を通った参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２を干渉させた測定用干渉光Ｓ_４を検出する光コム干渉検出部２０と、上記光コム干渉検出部２０において上記参照用干渉光Ｓ_３を検出することにより得られる参照信号と上記測定用干渉光Ｓ_４を検出することにより得られる測定信号の時間差に基づいて、上記測定対象物５０までの距離を計算する信号処理部３０とを備える。

【0049】

この光コム距離計測装置１００における光コム発生部１０は、互いに変調状態が異なる４種類の光コムを出力する４個の光コム発生器１１Ａ～１１Ｄを備える光コム光源部１１と、上記４種類の光コムが入力される４入力２出力の光スイッチ１２と、上記光スイッチ１２による光コムの選択動作を制御する光スイッチ制御部１３とを備える。

【0050】

この光コム発生部１０において、上記光スイッチ制御部１３は、上記４個の光コム発生器１１Ａ～１１Ｄが出力する４種類の光コムから、互いに変調状態が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して出力するように、基準周波数信号発生器１４により与えられる基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期して上記光スイッチ１２による光コムの選択動作を制御する。

【0051】

そして、上記光コム発生部１０は、上記光スイッチ１２を介して互いに変調状態が異なる２種類の光コムを参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として、光コム干渉検出部２０に入力する。

【0052】

この光コム距離計測装置１００における光コム干渉検出部２０は、上記光コム発生部１０から入力される参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２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参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２を干渉させた参照用干渉光Ｓ_３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参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２を干渉させた測定用干渉光Ｓ_４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、その干渉計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。

【0053】

この光コム距離計測装置１００における光コム干渉検出部２０では、上記光コム発生部１０から出射された参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２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Ｓ_２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Ｓ_１と測定光Ｓ_２に分離されて、上記参照光Ｓ_１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Ｓ_１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Ｓ_１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Ｓ_１を透過し、上記光分離混合素子２２Ｂを透過した測定光Ｓ_２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Ｓ_２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Ｓ_２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。

【0054】

ここでは、上記光コム発生部１０から出射された参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２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、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２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。

【0055】

さらに、上記基準面２５により反射された参照光Ｓ_１と、上記測定対象物５０により反射された測定光Ｓ_２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。

【0056】

すなわち、上記光コム干渉検出部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Ｓ_１と測定光Ｓ_２を干渉させた参照用干渉光Ｓ_３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Ｌ_１を往復した参照光Ｓ_１と上記測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ_２を往復した測定光Ｓ_２を干渉させた測定用干渉光Ｓ_４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。上記光コム干渉検出部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。

【0057】

上記光コム干渉検出部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。

【0058】

ここで、測定用光検出器２４によって得られる干渉信号（測定信号）は、上記参照用光検出器２３によって得られる干渉信号（参照信号）と同じくキャリア周波数が参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２のキャリア光周波数の差であり、上記参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の周波数の差と同じ繰り返し周波数を持つ。しかし、上記測定用光検出器２４に入力される干渉光Ｓ_４は、基準面２５までの距離Ｌ_１と測定対象物３０までの距離Ｌ_２の距離差の絶対値（Ｌ_２－Ｌ_１）の分だけ、上記参照用光検出器２３に入力される干渉光Ｓ_３より入射タイミングが遅れる。上記参照用光検出器２３によって得られる干渉信号（参照信号）と比較してこの遅れ時間が上記距離差の絶対値（Ｌ_２－Ｌ_１）の２倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間であり、真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎ_ｇで割ることにより距離が得られる。

【0059】

すなわち、この光コム距離計測装置１００において、信号処理部３０では、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を取り込み、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Ｌ_１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Ｌ_２の距離差の絶対値（Ｌ_２－Ｌ_１）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する上記参照信号と測定信号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（Ｌ_２－Ｌ_１）を算出して、上記測定対象物５０までの距離を求める。

【0060】

なお、この光コム距離計測装置１００の光コム干渉検出部２０では、参照光Ｓ_１を通過させる距離Ｌ_１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距離Ｌ_１の基準光路を形成するようにしてもよい。

【0061】

ここで、この光コム距離計測装置１００において、光コム発生部１０に備えられた４個の光コム発生器１１Ａ～１１Ｄは、それぞれ周期的に強度又は位相が変調された互いに変調状態の異なる４種類の光コムを発生するもので、ここでは、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周波数差をΔｆとして、第１の光コム発生器１１Ａは、第１の周波数Ｆ_ｍ１＝ｆ_ｍ＝２５０００ＭＨｚで変調された第１の光コムを発生し、第２の光コム発生器１１Ｂは、第２の周波数Ｆ_ｍ２＝ｆ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０ＭＨｚで変調された第２の光コムを発生し、第３の光コム発生器１１Ｃは、第３の周波数Ｆ_ｍ３＝ｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚで変調された第３の光コムを発生し、第４の光コム発生器１１Ｄは、第４の周波数Ｆ_ｍ４＝ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０１０．５ＭＨｚで変調された第４の光コムを発生するようになっている。

【0062】

そして、上記光スイッチ制御部１３は、上記４個の光コム発生器１１Ａ～１１Ｄから出力された互いに変調状態が異なる４種類の変調周波数Ｆ_ｍ１～Ｆ_ｍ４の光コムが入力される４入力２出力の光スイッチ１２の動作を制御し、上記４種類の変調周波数Ｆ_ｍ１～Ｆ_ｍ４の光コムを巡回的に切り替えて、次の表１に示すように、互いに変調状態が異なる２種類の変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの光コムを出力する。

【0063】

【表1】

【0064】

表１は、設定＃１～設定＃４の各選択状態における互いに変調状態が異なる２種類の光コムの変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢと位相差を示している。この表１において、Ｔは、距離差の絶対値（Ｌ_２－Ｌ_１）の２倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間に対応している。

【0065】

すなわち、設定＃１の選択状態では、２種類の変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの光コムとして、第１の光コム発生器１１Ａから出力される第１の周波数Ｆ_ｍ１＝ｆ_ｍ＝２５０００ＭＨｚで変調された第１の光コムと、第２の光コム発生器１１Ｂから出力される第２の周波数Ｆ_ｍ２＝ｆ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０ＭＨｚで変調された第２の光コムが選択される。設定＃２の選択状態では、２種類の変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの光コムとして、第３の光コム発生器１１Ｃから出力される第３の周波数Ｆ_ｍ３＝ｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚで変調された第３の光コムを発生し、と、第４の光コム発生器１１Ｄから出力される第４の周波数Ｆ_ｍ４＝ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０１０．５ＭＨｚで変調された第４の光コムが選択される。設定＃３の選択状態では、２種類の変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの光コムとして、第２の光コム発生器１１Ｂから出力される第２の周波数Ｆ_ｍ２＝ｆ＋Δｆ_ｍ＝２５０１０ＭＨｚで変調された第２の光コムと、第１の光コム発生器１１Ａから出力される第１の周波数Ｆ_ｍ１＝ｆ_ｍ＝２５０００ＭＨｚで変調された第１の光コムが選択される。設定＃４の選択状態では、２種類の変調周波数Ｆ_ｍＡ，Ｆ_ｍＢの光コムとして、第４の光コム発生器１１Ｄから出力される第４の周波数Ｆ_ｍ４＝ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０１０．５ＭＨｚで変調された第４の光コムと、第３の光コム発生器１１Ｃから出力される第３の周波数Ｆ_ｍ３＝ｆ_ｍ＋Δｆ＝２５０００．５ＭＨｚで変調された第３の光コムが選択される。

【0066】

この光コム距離計測装置１００に備えられた上記光コム発生部１０は、４種類の光コムを出力する光コム光源部１１と、上記光コム光源部１１から４種類の光コムが入力される４入力２出力の光スイッチ１２と、光スイッチ１２による光コムの選択動作を制御する光スイッチ制御部１３とを備える。

【0067】

上記光コム光源部１１は、周期的に強度や位相、周波数、偏光、などが変調された互いに変調状態が異なる４種類の光コムを出力する４個の光コム発生器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを備える。

【0068】

また、上記光スイッチ１２は、光スイッチ制御部１３により選択動作が制御される光経路の切換え機能を有しており、上記光コム光源部１１から入力される４種類の光コムから巡回的に２種類の光コムを選択して、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力する。

【0069】

そして、上記光スイッチ制御部１３は、基準周波数信号発生器１２により与えられる基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期して上記光スイッチ１２による光コムの選択動作を制御するようになっている。

【0070】

このような構成の光コム発生部１０では、光源の周波数設定状態を切換えるのではなく、４入力２出力の光スイッチ１２を備えることにより、４個の光コム発生器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが出力する４種類の光コムから、互いに変調状態が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力することができ、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の周波数設定状態の切換えを高速に且つ確実に実施することができる。

【0071】

図２は、この光コム発生部１０において、上記光スイッチ１２を介して出力される参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調状態の遷移を示す状態遷移図であり、横軸は時間、縦軸は光コムの変調周波数が異なるが光コムの光コムの表１に示される設定＃１から設定＃４の選択状態を示している。

【0072】

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Ｎとして、参照信号と測定信号のＮ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。

【0073】

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、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（Ｌ_ａ＝ｃ／２ｆ_ｍ ｃ：光速）を超える距離を算出する。

【0074】

すなわち、表１に示す４通りの変調周波数に巡回的に選択設定される参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２により距離測定を行って得られる参照信号と測定信号の位相差は、変調周波数がｆ_ｍとｆ_ｍ＋Δｆである設定＃１の選択状態では－２πｆ_ｍＴとなり、変調周波数がｆ_ｍ＋Δｆ_ｍとｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆである設定＃２の選択状態では－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ）Ｔとなり、変調信号の変調周波数がｆ_ｍ＋Δｆとｆ_ｍである設定＃３の選択状態では－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔとなり、変調周波数がｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆとｆ_ｍ＋Δｆ_ｍである設定＃４の選択状態では－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔとなる。

【0075】

距離（Ｌ_ａ＝ｃ／２ｆ_ｍ ｃ：光速）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。

【0076】

一方、設定＃１の選択状態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、設定＃３の選択状態での参照信号と測定信号の位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔと設定＃４の選択状態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Ｌ_ａは１５ｍ）までならば、一義的に位相が決まる。

【0077】

そして、この位相をｆ_ｍ／Δｆ_ｍ倍して設定＃１の選択状態で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。

【0078】

さらに、表１の設定＃１の選択状態での位相差－２πｆ_ｍＴと設定＃３の選択状態での位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆが得られる。

【0079】

さらに、表１の設定＃１の選択状態での位相差－２πｆ_ｍＴと設定＃３の選択状態位相差－２π（ｆ_ｍ＋Δｆ）Ｔの差から２πΔｆが得られる。

【0080】

ここで、ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚ、Δｆ＝５００ｋＨｚ、Δｆ_ｍ＝１０ＭＨｚとした場合、Δｆ＝５００ｋＨｚであるからＬ_ａ＝３００ｍまでの距離計測を行うことができる。

【0081】

この光コム発生部１０を搭載した光コム距離計測装置１００では、表１に示す４通りの変調周波数に巡回的に選択設定される参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２により距離測定を行っ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、設定＃１、設定＃２、設定＃３、設定＃４の各選択状態での位相を使って絶対距離の計算処理を実行する。

【0082】

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。

【0083】

上記光コム発生部１０では、光源の周波数設定状態を切換えるのではなく、上記４個の光コム発生器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが出力する４種類の光コムから、光スイッチ１２で互いに変調状態が異なる２種類の光コムを巡回的に選択して、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力することで、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調周波数の切換えを高速に且つ確実に実施することができ、参照光Ｓ_１と測定光Ｓ２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。

【0084】

なお、距離計測だけであれば、設定＃１と設定＃２の選択状態のみ、あるいは、設定＃３と設定＃４の選択状態のみでも可能であるが、上述のごとく設定＃１，設定＃２，設定＃３，設定＃４の各選択状態、すなわち、上記４種類の変調周波数Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４の光コムを上記光スイッチ１２により巡回的に切り替えて参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２とすることにより、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、参照光Ｓ１と測定光Ｓ２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。

【0085】

ここで、上記光コム発生部１０では、Ｎ＝４、Ｍ＝２として、光コム光源部１１に備えられた４個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄから出力される互いに変調状態の異なる４種類の光コムから、４入力２出力の光スイッチ１２により巡回的に切り替えられた互いに変調状態の異なるＭ（Ｍ＝２）種類の光コムを参照光Ｓ１と測定光Ｓ２として出力するようにしたが、光コム発生器の数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、又、光スイッチにより巡回的に切り替えて出力する光コムの数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、互いに変調状態が異なるＮ（Ｎは３以上の整数）種類の光コムを出力するＮ個の光コム発生器が出力するＮ種類の光コムから、Ｎ入力Ｍ出力の光スイッチにより、互いに変調状態が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）種類の光コムを巡回的に選択して出力するものとすることができる。

【0086】

すなわち、上記光コム発生部１０は、互いに変調状態が異なるＮ（Ｎは３以上の整数）種類の光コムを出力するＮ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを備える光コム発生部１１と上記Ｎ個の光コム発生器が出力するＮ種類の光コムから、互いに変調状態が異なるＭ（Ｍは２以上の整数）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１２と、基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦ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１３とを備える本発明に係る光コム発生装置としての構成を有している。

【0087】

ここで、上記光コム発生部１０すなわち本発明に係る光コム発生装置に備えられる上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、特許文献２（特許第５２３１８８３号公報）の第１の光源、第２の光源と同等の性能を持つ光源であり、上記光スイッチ１２を介して出力される参照光Ｓ１と測定光Ｓ２は上記特許文献２における参照光Ｓ１と測定光Ｓ２に相当する光になっている。

【0088】

上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄには、モードロックレーザーを使う、パラメトリック波長変換を応用、連続レーザーの電気光学変調など各種方式でレーザー周波数コムすなわち光コムを生成する光コム発生器を用いることができる。

【0089】

上記光コム距離計測装置１００における上記光コム発生部１０すなわち本発明に係る光コム発生装置に備えられる上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、その具体的な構成例を図３の（Ａ），（Ｂ）に示すように、自励発振型の光コム発生器である。

【0090】

すなわち、図３の（Ａ），（Ｂ）は、上記光コム発生装置（光コム発生部１０）の光コム光源部１１に備えられた上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄとして用いられる自励発振型の光コム発生器１１０、１２０の構成例を示すブロック図であり、（Ａ）は自励発振光源１１１を備える光コム発生器１１０の構成を示し、（Ｂ）は自励発振光源１１１を備える光コム発生器１２０の構成を示している。

【0091】

図３の（Ａ）に示す光コム発生器１１０は、周期的に強度や位相、周波数、偏光、などが変調された光を自励発振する光源を想定しており、自励発振型の光発振器１１１と、この光発振器１１１の出力光の一部を検出する光検出器１１２と、この光検出器１１２により得られる検出信号が供給される制御部１１３を備え、上記制御部１１３により上記光発振器１１１のレーザー発振の中心周波数や繰り返し周波数を制御することによって、光コム周波数が制御された目的の変調状態の光コムを出力する。

【0092】

この光コム発生器１１０では、上記自励発振型の光発振器１１１の出力光の一部を光検出器１１２により検出して変調周波数成分を抽出した検出信号を制御部１１３に送り、この制御部１１３おいて、上記光検出器１１２による検出信号について、参照信号の周波数参照信号の周波数、位相と比較することにより、所望の周波数や位相となるように自励発振型の光コム発生器１１０の制御を行う制御信号を得て、上記自励発振型の光発振器１１１の共振器長や媒質の屈折率を制御することにより、光コム周波数が制御された目的の変調状態の光コムを上記自励発振型の光コム発生器１１０から出力する。

【0093】

上記光発振器１１１から出力する光コムの光コム周波数を制御する制御部１１３を備えることにより、レーザー発振の繰り返し周波数すなわち光コムの周波数間隔を制御することで、制御していないものに比べ上記光コム距離計測装置１００における距離の測定精度を高くすることができ、また、レーザーの中心周波数を制御することで、上記光コム干渉検出部２０に備えられる干渉信号の検出器２３，２４の検出帯域内に干渉信号を発生させることができる。

【0094】

ここで、位相や周波数、偏光が変調されている場合、上記光検出器１１２において、光強度を検出しただけでは変調周波数成分が検出されない可能性がある。

【0095】

そこで、図３の（Ｂ）に示す光コム発生器１２０では、上記光コム発生器１１０の自励発振型の光発振器１１１と光検出器１１２の間に波長フィルタや偏光フィルタ等の光フィルタ１１４を挿入した構成になっている。

【0096】

この光コム発生器１２０では、光フィルタ１１４を備えることにより、上記自励発振型の光コム発生器１１０の出力光位相や周波数、偏光が変調されていても、上記自励発振型の光発振器１１１の出力光の強度変調成分を上記光検出器１１２により確実に検出して変調周波数成分を抽出した検出信号を制御部１１３に送り、この制御部１１３おいて、上記光検出器１１２による検出信号について、参照信号の周波数参照信号の周波数、位相と比較することにより、所望の周波数や位相となるように自励発振型の光コム発生器１１０の制御を行う制御信号を得て、上記自励発振型の光発振器１１１の共振器長や媒質の屈折率を制御することにより、光コム周波数が制御された目的の変調状態の光コムを上記自励発振型の光コム発生器１１０から出力することができる。

【0097】

上記自励発振型の光コム発生器１１０、１２０には、強制モード同期や受動モード同期のモードロックレーザーを用いた光コム発生器、パラメトリック波長変換を用いた光コム発生器、レーザー光源の直接変調を用いた光コム発生器などを採用することができる。モードロックレーザーを用いた光コム発生器としては、共振器内に変調器を挿入して多モード間の同期をとる強制モード同期の範疇であれば、チタンサファイヤレーザーのような固体レーザー、アルゴンイオンレーザーのようなガスレーザー、他に色素レーザーや半導体レーザーを用いるものがある。レーザー光源の直接変調を用いた光コム発生器としては半導体レーザーの電流変調を用いるものがある。

【0098】

ここで、上記光コム距離計測装置１００の光コム発生部１０すなわち本発明に係る光コム発生装置は、自励発振型の光コム発生器を採用した上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを光コム光源部１１に備えるものであるが、本発明に係る光コム発生装置に備えられるＮ個の光コム発生器は、自励発振型の光コム発生器のみに限定されるものでなく、外部変調型の光コム発生器であってもよい。

【0099】

図４の（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る光コム発生装置に備えられるＮ個の光コム発生器として用いられる外部変調型の光コム発生器１３０、１４０の構成例を示すブロック図であり、（Ａ）は光源を内蔵した光源一体・外部変調型外部変調型の光コム発生器１３０を示し、（Ｂ）は光コム発生の元になるレーザー光が外部から入力される外部変調型外部変調型の光コム発生器１４０を示している。

【0100】

図４の（Ａ）に示す光コム発生器１４０は、光コム発生の元になるレーザー光を出力する光源とこの光源から出力されたレーザー光を変調して光コムを発生させる光変調器を内蔵した光源一体・外部変調型外部変調型の光コム発生器１１５を備えており、参照信号に基づいて生成される駆動（変調）信号が光源一体・外部変調型光コム発生器１１５に外部から供給され、駆動（変調）信号によって内部の光変調器が駆動されることにより駆動信号周波数間隔の光コムを生成して出力する。

【0101】

図４の（Ｂ）に示す光コム発生器１４０は、外部のレーザー光源１１７から入力される光コム発生の元になるレーザー光を変調して光コムを発生させる光変調器を内蔵した外部変調型外部変調型の光コム発生器１１６を備えており、参照信号に基づいて生成される駆動（変調）信号が外部変調型光コム発生器１１６に外部から供給され、駆動（変調）信号によって内部の光変調器が駆動されることにより駆動信号周波数間隔の光コムを生成して出力する。

【0102】

図５は、本発明を適用した光コム発生装置を光コム発生部１０Ａとして備える光コム距離計測装置１００Ａの構成例を示すブロック図である。

【0103】

この光コム距離計測装置１００Ａは、上記光コム距離計測装置１００を改良したもので、光コム発生部１０Ａは光コム光源部１１に備えられるＮ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄから光スイッチ１２を介して参照光Ｓ１と測定光Ｓ２として出力する光コムの変調状態を示す状態信号を出力する機能を有する光スイッチ制御部１３Ａを備えており、信号処理部３０Ａにおいて、光コム干渉検出部２０の参照用光検出器から出力される参照信号および測定用光検出器から出力される測定信号と上記光スイッチ制御部１３Ａから出力される状態信号に基づいて、測定対象物５０までの距離を計算するようになっている。

【0104】

上記Ｎ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄには、上記自励発振型の光コム発生器１１０（又は光コム発生器１２０）が採用されている。

【0105】

なお、この光コム距離計測装置１００Ａにおいて、上記光コム距離計測装置１００の構成要素と同じ構成要素は、図中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0106】

この光コム距離計測装置１００Ａにおいて、上記信号処理部３０Ａは、上記光コム干渉検出部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１０Ａの状態切替制御部１２Ａ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して、上記光コム干渉検出部２０において参照光Ｓ_１が往復した基準光路の距離Ｌ_１と測定光Ｓ_２が往復した測定対象物５０までの測定光路の距離Ｌ_２の距離差の絶対値（Ｌ_２－Ｌ_１）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する参照用光検出器により得られる参照信号と測定用光検出器により得られる測定信号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（Ｌ_２－Ｌ_１）を計算し、外部に出力する。

【0107】

この光コム距離計測装置１００Ａにおける信号処理部３０Ａでは、上記光コム発生部１０Ａの光スイッチ制御部１３Ａが、光スイッチ１２を介して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力する光コムの変調状態を示す状態信号を出力する機能を有することにより、信号処理部３０Ａにおいて、上記参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調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。すなわち、上記光コム干渉検出部２０の参照用光検出器から出力される参照信号および測定用光検出器から出力される測定信号と上記光スイッチ制御部１３Ａから出力される状態信号に基づいて、上記測定対象物５０までの距離計算を短時間で確実に行うことができる。

【0108】

この光コム距離計測装置１００Ａは、上記自励発振型の光コム発生器１１０（又は光コム発生器１２０）を採用したＮ個の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを光コム光源部１１に備える光コム距離計測装置１００を改良したものであるが、本発明に係る光コム距離計測装置は、図６や図７に示す光コム距離計測装置１００Ｂ、１００Ｃのように、外部変調型の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’，１１Ｃ’，１１Ｄ’を用いた光コム発生部を備えるものであってもよい。

【0109】

図６に示す光コム距離計測装置１００Ｂは、上記外部変調型の光コム発生器１３０（又は光コム発生器１４０）を用いた光コム光源部１１’を備える。

【0110】

この光コム距離計測装置１００Ｂは、上記光コム距離計測装置１００Ｂにおける光コム光源部１１に備えられた自励発振型の光コム発生器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを外部変調型の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’，１１Ｃ’，１１Ｄ’に置き換えたもので、光コム発生部１０Ｂに備えられた４個の外部変調型の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’，１１Ｃ’，１１Ｄ’は、基準周波数信号発生器１４により基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦが与えられる４個の駆動用発振器１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄから出力される上記基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦを基準にして互いに同期した４種類の変調周波数Ｆ_ｍ１，Ｆ_ｍ２，Ｆ_ｍ３，Ｆ_ｍ４の駆動（変調）信号により駆動されるようになっている。

【0111】

そして、この光コム距離計測装置１００Ｂは、上記光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’，１１Ｃ’，１１Ｄ’から出力される互いに変調状態が異なる４種類の光コムを光スイッチ１２により巡回的に選択して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力するとともに、上記光スイッチ１２の動作を制御する光スイッチ制御部１３Ａから上記参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調状態を示す状態信号を出力し、信号処理部３０Ａにおいて、光コム干渉検出部２０の参照用光検出器から出力される参照信号および測定用光検出器から出力される測定信号と上記光スイッチ制御部１３Ａから出力される状態信号に基づいて、測定対象物５０までの距離を計算するようになっている。

【0112】

なお、この光コム距離計測装置１００Ｂにおいて、上記光コム距離計測装置１００Ａの構成要素と同じ構成要素は、図中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0113】

ここで、上記光コム距離計測装置１００Ｂにおいて、上記光コム光源部１１’に備えられる４個の外部変調型の光コム発生器１１Ａ’，１１Ｂ’，１１Ｃ’，１１Ｄ’は、光コム発生の元になるレーザー光を発生するレーザー光源をそれぞれ内蔵しているものであるが、上記光コム発生の元になるレーザー光を発生するレーザー光源は外部に設けられていてもよく、例えば図７に示す光コム距離計測装置１００Ｃのように、外部に設けられた１個のレーザー光源１５Ｂから出力されるレーザー光が光分配器１６を介して４個の外部変調型の光コム発生器１１Ａ”，１１Ｂ”，１１Ｃ”，１１Ｄ”に分配供給されるようにしてもよい。

【0114】

図７に示す光コム距離計測装置１００Ｃおける光コム光源部１１”は、外部に設けられた１個のレーザー光源１５Ｂから出力されるレーザー光が光分配器１６を介して分配供給される４個の外部変調型の光コム発生器１１Ａ”，１１Ｂ”，１１Ｃ”，１１Ｄ”を備えており、この光コム距離計測装置１００Ｃは、上記光コム発生器１１Ａ”，１１Ｂ”，１１Ｃ”，１１Ｄ”から出力される互いに変調状態が異なる４種類の光コムを光スイッチ１２により巡回的に選択して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力するとともに、上記光スイッチ１２の動作を制御する光スイッチ制御部１３Ａから上記参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調状態を示す状態信号を出力し、信号処理部３０Ａにおいて、光コム干渉検出部２０の参照用光検出器から出力される参照信号および測定用光検出器から出力される測定信号と上記光スイッチ制御部１３Ａから出力される状態信号に基づいて、測定対象物５０までの距離を計算するようになっている。

【0115】

なお、この光コム距離計測装置１００Ｃにおいて、上記光コム距離計測装置１００Ｂの構成要素と同じ構成要素は、図中に同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0116】

ここで、上記光コム距離計測装置１００，１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃにおいて、光コム光源部１１，１１’１１”が出力する互いに変調状態の異なる４種類の光コムから巡回的に選択して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として出力する光スイッチ１２は参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２の変調状態の切り替えを高速に行うことができるのであるが、レーザー光が通過する経路の遮断や解放することによる負荷変動による影響を光コム光源部１１，１１’１１”や光コム干渉検出部２０に及ぼす虞があるが、図８乃至得１０に示す光コム距離計測装置１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆのように、光スイッチ１２の入力側及び／又は出力側にアイソレータを挿入することにより、負荷変動による影響を抑制することができる。

【0117】

図８に示す光コム距離計測装置１００Ｄは、光コム距離計測装置１００における光スイッチ１２の入力側にアイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを挿入したものである。

【0118】

このように、光スイッチ１２の入力側にアイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを挿入して、上記光コム光源部１１からアイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを介して光スイッチ１２に４種類の変調状態の光コムを入力して、光スイッチ１２により ４種類のから巡回的に選択して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として２種類の光コムを出力することにより、上記光スイッチ１２によるレーザー光が通過する経路の遮断や解放することによる負荷変動で上記光コム光源部１１の動作が不安定になるのを防止することができる。

【0119】

図９に示す光コム距離計測装置１００Ｅは、光コム距離計測装置１００における光スイッチ１２の出力側にアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆを挿入したものである。

【0120】

このように、光スイッチ１２の出力側にアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆを挿入して、上記光コム光源部１１から光スイッチ１２に４種類の変調状態の光コムを入力して、光スイッチ１２により４種類のから巡回的に選択して参照光Ｓ_１と測定光Ｓ_２として２種類の光コムをアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆを介して光コム干渉検出部２０に出力することにより、上記光コム干渉検出部２０から戻ってきた光があった場合、主に光スイッチ１２内で想定外の経路による光の混入を防ぐことができる。また、スイッチ１２の出力側に挿入したアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆは、上記光コム光源部１１への戻り光を減らす効果もある。

【0121】

図１０に示す光コム距離計測装置１００Ｅは、光コム距離計測装置１００における光スイッチ１２の入力側にアイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを挿入するとともに、上記光スイッチ１２の出力側にアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆを挿入したものである。

【0122】

このように、上記光スイッチ１２の入力側に挿入したアイソレータ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄと上記光スイッチ１２の出力側に挿入したアイソレータ１７Ｅ，１７Ｆを備える光コム距離計測装置１００Ｅへは、上記光コム干渉検出部２０から戻ってきた光があった場合に、主に光スイッチ１２内で想定外の経路による光の混入を防ぐことができるとともに、上記光スイッチ１２によるレーザー光が通過する経路の遮断や解放することによる負荷変動で上記光コム光源部１１の動作が不安定になるのを防止することができる。

【0123】

なお、上記光コム距離計測装置１００Ａ～１００Ｅでは、光スイッチ制御部１３Ａにより基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期して光スイッチ１２の動作を制御しているが、光スイッチ制御部１３Ａによる光スイッチ１２の動作制御は基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期していなくても、信号処理部３０Ａにおいて、光スイッチ制御部１３Ａにより与えられる状態信号から、波形と光源内部状態の対応関係を知ることができるので、光コム干渉検出部２０の参照用光検出器から出力される参照信号および測定用光検出器から出力される測定信号と上記光スイッチ制御部１３Ａから出力される状態信号に基づいて、測定対象物５０までの距離を計算することができる。光スイッチ１２の動作制御を基準周波数信号Ｆ_ＲＥＦに同期しておくと波形の繰り返しと周波数設定状態の切り替えを同期することができるので、信号処理部３０Ａにおける信号処理データの波形が安定することにより、上記測定対象物５０までの距離計算をより短時間で確実に行うことができる。

【符号の説明】

【0124】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ 光コム発生装置、１１，１１Ａ，１１’，１１” 光コム光源部、１１Ａ，１１Ａ’，１１Ａ”，１１Ｂ，１１Ｂ’，１１Ｂ”，１１Ｃ，１１Ｃ’，１１Ｃ”，１１Ｄ，１１Ｄ’，１１Ｄ” 光コム発生器、１２ 光スイッチ、１３，１３Ａ 光スイッチ制御部、１４ 基準周波数発生器、２０ 光コム干渉検出部、２１ 全反射鏡、２２Ａ 光混合素子、２２Ｂ 光分離混合素子、２３ 参照用光検出器、２４ 参照用光検出器、２５ 基準面、２６Ａ，２６Ｂ １／４波長板、３０，３０Ａ 信号処理部、５０ 測定対象物、１１０，１２０ 自励発振型の光コム発生器、１１１ 自励発振型の光発振器、１１２ 光検出器、１１３ 制御部、１１４ 光フィルタ、１１５，１１６ 外部変調型 光コム発生器、１１７ レーザー光源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】