JP2023019066A - Optical comb distance measurement method and optical comb distance measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical comb distance measuring method and an optical comb distance measuring apparatus for measuring a distance from the time difference between the interference signals of the reference light and the measurement light, one of which passed through the measurement section.
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, distance measurement based on optical principles using laser light has been known as an active distance measurement method capable of precise point distance measurement. A laser rangefinder, which measures the distance to an object using a laser beam, detects the distance to the object based on the difference between the time when the laser beam is emitted and the time when the light receiving element detects the laser beam that hits and is reflected from the object to be measured. is calculated (see
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。
A laser rangefinder is known as a device for measuring the absolute distance from a certain point to a measurement point with high accuracy. For example,
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。 With conventional absolute distance meters, it is difficult to achieve a practical absolute distance meter that can measure long distances with high accuracy. I had no choice but to use an unsuitable method.
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)。 The inventors of the present invention are equipped with two optical comb generators that emit pulses of coherent reference light and measurement light whose intensity or phase is modulated periodically and whose modulation periods are different from each other. Interference light between the reference light pulse and the measurement light pulse irradiated on the measurement surface is detected by a reference light detector, and the reference light pulse reflected by the reference surface and the measurement light pulse reflected by the measurement surface are detected. The interference light is detected by the measurement photodetector, and the difference between the distance to the reference plane and the distance to the measurement plane is obtained from the time difference between the two interference signals obtained by the reference photodetector and the measurement photodetector. Therefore, an optical comb rangefinder that can be performed with high precision and in a short time has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
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)。 In addition, we previously proposed an optical frequency comb rangefinder in which the position of the reference point for the distance to the measurement surface is defined by the reference optical path, enabling long-distance measurement with high accuracy and in a short period of time ( For example, see Patent Document 3).
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。 In the optical comb rangefinder, signal processing is performed by using coherent reference light pulses and measurement light pulses emitted from two optical comb generators driven by two types of modulation signals with different frequencies in principle. In the section, frequency analysis is performed on the interference signal obtained by the reference photodetector (hereinafter referred to as the reference signal) and the interference signal obtained by the measurement photodetector (hereinafter referred to as the measurement signal), and the optical comb The mode number counted from the center frequency is P, and the phase difference between the P-order modes of the reference signal and the measurement signal is calculated to cancel the optical phase difference in the optical comb generation and transmission process from the optical comb generator to the reference point. After that, the distance from the reference point to the measurement surface is calculated by calculating the increment of the phase difference per order on the frequency axis and obtaining the phase difference between the measurement signal pulse and the reference signal pulse.
ここで、マイクロ波帯域の変調周波数fm(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fm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fm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。 Here, the reference light pulses output from two optical comb generators driven by a pair of modulation signals with a microwave band modulation frequency f m (eg, 25 GHz) and a frequency difference Δf (eg, 500 kHz) and the measurement The distance measured using light pulses is the remainder of the total distance from the reference point to the measurement surface (referred to as the absolute distance) minus the integral multiple of half the wavelength of the modulation frequency fm . The interference signal has a periodicity of Δf, and the phase difference between the closest reference signal and the measurement signal is obtained. When measuring a distance exceeding half a wavelength, a phase obtained by multiplying 2π by an integer exists as a phase corresponding to the time difference from the reference time to the reference signal being compared. One set of frequency settings cannot determine the integer value. By performing multiple distance measurements with slightly different modulation frequencies f m , the integer can be calculated back as a value that meets multiple measurement conditions.
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。 That is, in absolute distance measurement that requires frequency switching, the time required for measurement includes frequency switching time, measurement time, and absolute distance calculation time.
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。 The frequencies of the modulation signals for driving the two optical comb generators can be switched by using a modulation signal generator whose frequency can be set by, for example, PLL (Phase-Locked Loop).
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。 It is desirable that the signal for driving the optical comb generator has as little phase noise as possible. When synchronizing a VCO with low phase noise to an external reference signal, do not widen the control frequency band unnecessarily, and aim to clean up the drive signal so that the phase noise of the VCO is lower than that of the reference signal. As for the frequency band, the control band is limited so that the characteristics of the VCO can be obtained as they are.
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。 The time it takes for the PLL frequency to settle down (settling time) can be thought of as roughly proportional to the reciprocal of the control band. Widening causes an increase in phase noise in the high frequency range and an increase in the mixed level of spurious signals related to the comparison frequency.
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。 A reference on PLLs (Non-Patent Document 1) presents a design example of locking the frequency within an error of 1 kHz in about 51 microseconds, given a low-pass filter bandwidth of about 207 kHz. there is When setting the frequency divider so that 500 kHz is the unit of frequency setting, the bandwidth of the low-pass filter must be further lowered to avoid the inclusion of spurious, and the settling time is several times 51 microseconds. It is expected to take a long time.
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。 Therefore, the two optical comb generators in the optical comb rangefinder are supplied as driving signals by switching a plurality of modulated signals whose frequency is fixed and phase-locked to the reference frequency signal by the PLL circuit. I was like
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。 As described above, in the conventional optical comb rangefinder, in principle, two optical comb generators driven by two types of modulated signals with different frequencies generate coherent reference light pulses and measurement light pulses. When the optical comb frequency interval between the reference light and the measurement light changes due to the switching of the frequencies of the reference light and the measurement light, the time at which the interference signal is generated and the time difference between the reference signal and the measurement signal change. If it is okay to apply the frequency, send a frequency switching command to the light source from an external central processing unit, etc., wait enough time until it is considered that the switching is completed, and after executing data collection and phase calculation, the next frequency from the central processing unit A plurality of relationships between frequency settings and phase values can be obtained by repeating the procedure of sending a frequency switching command to the settings and performing data collection and phase calculation after a sufficient period of time.
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。 However, in the process of obtaining a set of phase values necessary for executing distance calculation, if the refractive index fluctuation of the air and slight vibration of the distance to be measured are mixed into the phase values as errors, it will be difficult to determine the order and calculate the distance. A set of data must be collected faster than changes in the air refractive index and changes in the measurement distance, as they cause errors.
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。 In addition, in order to perform distance calculation reliably in a short time, it is necessary to check that the frequency setting is performed reliably, and to determine the reliability of the phase value, such as the frequency setting state corresponding to the phase value. is aligned with each phase value.
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。 In order to switch the frequency setting state at high speed and calculate the distance in a short time, it is necessary to know which position in the waveform of the interference signal collected in the state of high speed switching is in which frequency state for each waveform. is required.
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。 An object of the present invention is to provide an optical comb distance measurement method for measuring a distance from the time difference between an interference signal between a reference light and a measurement light and an interference signal between the reference light and the measurement light that has passed through a measurement section, in view of the conventional circumstances as described above. An optical frequency comb distance measuring device capable of quickly switching a frequency setting state and surely performing distance calculation in a short time.
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。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become clearer from the description of the embodiments described below.
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。 In the present invention, in measuring the distance from the time difference between the interference signals of the reference light and the measurement light, whichever one of the interference signals of the reference light and the measurement light passed through the measurement section, the interference signal of the optical comb rangefinder and the light source state signal are synchronously captured, the position of the waveform and the frequency setting of the optical comb at that position are clarified, and the distance is calculated. Get it right at the same time.
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。 Using a state signal that indicates the frequency state of the measurement light and the reference light in the optical comb light source unit that outputs the measurement light and the reference light, the measurement data is captured in synchronization with the interference signal, and the section (location) of the waveform and its location By recording the waveform data by clarifying the frequency setting state, it is possible to confirm that the frequency state is constant in the waveform section to be processed and that it is an effective section as waveform data. and the frequency setting value for that section is used to convert the calculated phase value to delay time or distance.
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。 That is, the present invention is an optical comb distance measurement method for measuring a distance from the time difference between the interference signals of the reference light and the measurement light in which one of the interference signals of the reference light and the measurement light has passed through the measurement section. a state switching step of switching the state of the modulation period of one or more sets of measurement light and reference light whose modulation periods are mutually different and whose intensity or phase is modulated dynamically, and outputting a state signal indicating the switching state; In the step, the measurement light whose modulation period state is switched and the reference light are caused to interfere with each other to generate reference interference light, and either the measurement light whose modulation period state is switched or the reference light is used as the measurement target. an interference step of generating interference light for measurement by interfering the measurement light and the reference light, which are output toward an object and one of which has reciprocated the distance to the measurement object, and the reference generated in the interference step; an interference light detection step of detecting the interference light for measurement and the interference light for measurement to obtain a reference signal and a measurement signal; the reference signal and the measurement signal obtained in the interference light detection step; and the state signal output in the state switching step. and a signal processing step of calculating the distance to the object to be measured based on.
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。 In the optical comb distance measurement method according to the present invention, in the state switching step, X (integer of 3 or more) in which the N kinds of modulated signals, an integer of 3 or more, with mutually different frequencies are input via at least three isolators. Switching for selectively outputting the N kinds of modulated signals to the M (M is a positive integer) optical comb generators of the optical comb light source unit through the input Y (Y is a positive integer) output switch unit. A state indicating the switching state of the modulation period of the measurement light and the reference light emitted from the M optical comb generators in accordance with the selection state of the N types of modulation signals selected by the switch section. It can output a signal.
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。 Further, in the optical frequency comb distance measuring method according to the present invention, in the state switching step, the modulation signal is input to at least two frequency converters to which a frequency signal obtained by one oscillator of the modulation signal generation unit provided with three oscillators is input. Each frequency signal obtained by each oscillator other than the one oscillator of the generating unit is switched by the switching unit to be input, and at least two types of modulated signals having different frequencies that are frequency-converted by the at least two frequency converters, is supplied as a drive signal to at least two optical comb generators of the optical comb light source unit, and from the at least two optical comb generators in accordance with the switching state of each frequency signal switched input to the two frequency converters. A state signal indicating a switching state of the modulation periods of the emitted measurement light and reference light may be output.
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、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、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。 Further, in the optical comb distance measurement method according to the present invention, in the state switching step, from the N types of optical combs generated by the N optical comb generators of the optical comb light source unit, a switch unit using an optical switch , to perform selection control for cyclically selecting and outputting M types of optical combs with mutually different modulation periods, and to output a state signal indicating the selection state.
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。 The present invention is an optical comb distance measuring device that measures a distance from the time difference between the interference signal of the reference light and the measurement light in which one of the interference signals of the reference light and the measurement light passes through the measurement section, and periodically an optical comb light source unit that outputs one or more sets of measurement light and reference light whose intensity or phase is modulated and whose modulation periods are different from each other; , a state switching control unit for outputting a state signal indicating the switching state; and a measurement light and a reference light are input from the optical comb light source unit, and interference between the input measurement light and the reference light is generated to generate a reference interference light. At the same time, one of the input measurement light and reference light is output toward the object to be measured, and one of them interferes with the measurement light and the reference light that have reciprocated the distance to the object to be measured. an interference section that generates interference light for measurement; a reference photodetector that detects the interference light for reference generated by the interference section and outputs a reference signal; and an interference light for measurement that is generated by the interference section. A measuring photodetector for detecting and outputting a measurement signal, a reference signal output from the reference photodetector, a measurement signal output from the measuring photodetector, and a state switching control section outputting and a signal processing unit that calculates the distance to the object to be measured based on the state signal.
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。 In the optical comb distance measuring apparatus according to the present invention, the optical comb light source unit includes M (M is a positive integer) optical comb generators, and is selectively input via the state switching control unit. M types of optical combs whose modulation periods are different from each other and whose intensity or phase is periodically modulated by at least three types of modulation signals out of N types of modulation signals of three or more integers with different frequencies are provided. State-switched measurement light and reference light are output, and the state-switching control unit receives X(3 Integer) input Y (Y is a positive integer) output switch section, and selectively output the N types of modulated signals to the M optical comb generators of the optical comb light source section through the switch section. and switching states of the modulation periods of the measurement light beam and the reference light beam emitted from the M optical comb generators according to the selection state of the N types of modulation signals selected by the switch section. It may output a status signal indicating
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。 Further, the optical comb distance measuring device according to the present invention includes a modulation signal generation section having at least three oscillators that generate frequency signals having different frequencies, and one oscillator among the three oscillators of the modulation signal generation section. and at least two frequency converters to which the frequency signals obtained by the oscillators other than the one oscillator are input, wherein the state switching control unit receives the frequency signals obtained by the oscillators other than the one oscillator. The obtained frequency signals are switched by the switch unit to be input to the at least two frequency converters, and at least two types of modulated signals having different frequencies frequency-converted by the at least two frequency converters are supplied to the optical comb. It is supplied as a drive signal to at least two optical comb generators of the light source unit and is emitted from the at least two optical comb generators in accordance with the switching state of each frequency signal switched input to the two frequency converters. A state signal indicating the switching state of the modulation periods of the measurement light and the reference light can be output.
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。 Further, in the optical comb distance measuring apparatus according to the present invention, the optical comb light source unit is cyclically modulated in intensity or phase, and generates N types of optical combs of N types, which are an integer of 3 or more and have mutually different modulation periods. The state switching control unit selects M (M is a positive integer) types of optical combs are cyclically selected and output; and a control unit for controlling selection operation of the optical combs by the optical switch unit. Selection control is performed to cyclically select and output M types of optical combs with different modulation cycles from N types of optical combs through a switch unit using switches, and a state signal indicating the selection state is output. shall be allowed.
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。 In the present invention, a state signal indicating the frequency state of the measurement light and the reference light in the optical comb light source unit that outputs the measurement light and the reference light is used to capture the measurement data in synchronization with the interference signal, and the waveform section (location ) and record the waveform data by clarifying the frequency setting state at that location, it is possible to confirm that the frequency state is constant without any change in the waveform section to be processed, and in the section that is valid as waveform data It is possible to determine that there is one, and the frequency setting value for that section can be converted from the calculated phase value to the delay time or distance.
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。 That is, in the present invention, the interference signal of the optical frequency comb rangefinder and the light source state signal are synchronously captured, and the position of the waveform and the frequency setting of the optical frequency comb at that position are clarified to calculate the distance, thereby obtaining by signal processing. The phase value to be output and the frequency setting of the signal section in which the phase value is output can be obtained simultaneously and correctly, and the distance calculation can be reliably performed in a short time.
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。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical comb distance measurement method and an optical comb distance measurement device that can reliably perform distance calculation in a short time.
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that common constituent elements will be described by attaching common reference numerals in the drawings. Further, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.
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。
The present invention is applied to, for example, an optical comb
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。
This optical comb
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。
The optical comb
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。
The optical comb
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。
The
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。
In the
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。
Here, the reference light and the measurement light emitted from the optical comb
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。
Further, the reference light reflected by the
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。
That is, the
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。
In the
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ngで割ることにより上記距離差の絶対値(L2-L1)となる。
In this optical comb
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。
The
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。
In the
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。
That is, the
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FmA,FmB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。
Here, the optical comb
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12Aと、このスイッチ部12A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FmA,FmBとして供給するようになっている。
The state
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Furthermore, the
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4が入力されるようになっている。
Incidentally, in the optical comb
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
By inserting the
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。
The
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2つの光コム発生器11A,11B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。
The switching operation of the
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FmA,FmBには4種類の変調信号Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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FmA,FmBに一致する周波数間隔または駆動信号FmA,FmB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FmA,FmB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。
Here, the
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FmA,FmB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FmA,FmB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fm、距離判定に必要な基本周波数の偏移をΔfm、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、Δfm=10MHz、fm=Fm1(25000MHz)、fm+Δfm=Fm2(25010MHz)、fm+Δf=Fm3(25000.5MHz)、fm+Δfm+Δf=Fm4(25010.5MHz)となっている。
Table 1 shows the frequency transition states and phase differences of the drive signals F mA and F mB of the two
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FmA,FmB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。
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。
Here, in the optical comb
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、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/2fm c:光速)を超える距離を算出する。
If the measured distance exceeds half the wavelength of the modulation frequency f m , the periodicity of the object light makes the distance that is an integral multiple of the half wavelength unknown, and the distance cannot be uniquely determined. is measured four times using the reference light and the measurement light set to the four modulation frequencies shown in Table 1. In the
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。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。
That is, the phase difference between the reference signal and the measurement signal obtained by setting the four modulation frequencies shown in Table 1 by the state
距離(La=c/2fm c:光速)よりも長い場合、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。 When longer than the distance (La = c/2f m c: speed of light), the phase difference between the reference signal and the measurement signal (-2πf m T) is of the form φ + 2mπ, where m is an integer, and by calculation only the φ part is is sought, but the integer value m is unknown.
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。 On the other hand, the difference between the phase difference −2πf m T between the reference signal and the measurement signal under setting #1 and the phase difference −2π(f m +Δf m )T between the reference signal and the measurement signal under setting #2 is 2πΔf m T and the phase difference −2π(f m +Δf)T between the reference signal and the measurement signal under setting #3 and the phase difference −2π(f m +Δf m +Δf) between the reference signal and the measurement signal under setting #4 )T is 2πΔf m T, and the phase is uniquely determined up to the distance corresponding to the wavelength of 1/Δf m (If Δf m =10 MHz, La is 15 m).
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。 Then, the integer m can be determined by multiplying this phase by f m /Δf m and comparing it with the phase difference of #1.
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。 Furthermore, 2πΔfT is obtained from the difference between the phase difference −2πf m T at setting #1 in Table 1 and the phase difference −2π(f m +Δf)T at setting #3.
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。 Furthermore, 2πΔfT is obtained from the difference between the phase difference −2π(f m +Δf m )T at setting #2 in Table 1 and the phase difference −2π(f m +Δf m +Δf)T at setting #4.
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。 Here, when f m =25 GHz, Δf=500 kHz, and Δf m =10 MHz, since Δf=500 kHz, distance measurement up to La=300 m can be performed.
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。
In the optical frequency comb
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
The measurement speed in this optical comb
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。
That is, if the oscillation frequency of the PLL oscillator is switched and set in real time so as to obtain M types of modulation signals with mutually different modulation periods, the oscillation frequency can be switched and set freely. Absolute distance measurement in applications such as distance measurement to moving objects that require fast measurement processing due to the long settling time required to obtain a stable frequency signal at the desired frequency after being phase-locked at the set frequency. Although it takes time and is not practical, the optical frequency comb
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
In this case, if only distance measurement up to 15 m is possible, it is possible to set only #1 and #2, or set only #3 and #4, but as described above, #1, #2, #3 , #4, that is, by cyclically switching the four types of modulated signals F m1 , F m2 , F m3 , and F m4 by the state
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FmA,FmB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。
Here, the cyclical state transition is set such that when #1 is taken as a starting point, then #3, #2, #4, #2, #3, and then returns to #1. This setting also takes into account the result of measurement in which the frequencies of the driving signals F mA and F mB for driving the
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。 When performing two phase measurements to obtain a phase value excluding the phase offset, the order of switching the four modulation frequencies shown in Table 1 is arbitrary in principle, but #1→#2→#3→# 4→#4→#3→#2→#1, or #1→#3→#2→#4→#4→#2→#3→#1. By adopting a cyclic method in which continuous switching is performed in the reverse direction, it is possible to reduce distance measurement errors and measurement processing time.
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。
In the absolute distance measurement , the distance is basically calculated with a set of four "transition states" of the frequency. Three types of modulation periods of m + Δf and f m + 2Δf are also possible, and in this optical comb
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。
Here, FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration example of the 4-input 2-
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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が制御ロジックからなる制御部12B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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4を巡回的に切り替えるようになっている。
That is, as shown in the block diagram of FIG. 4, the 4-input 2-
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。
In the
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。
Incidentally, in the specific example of the
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。
Then, in this optical comb
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。
The optical comb distance measurement method according to the present invention is an optical comb distance measurement method for measuring the distance from the time difference between the interference signal between the reference light and the measurement light and the interference signal between the reference light and the measurement light that has passed through the measurement section. In the state switching step S1, the states of the modulation periods of one or more sets of measurement light and reference light whose intensity or phase is periodically modulated and whose modulation periods are different from each other are switched, and a state signal indicating the switching state is output. do. That is, in the optical comb
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。
In the next interference step S2, the measurement light and the reference light whose modulation period state has been switched in the state switching step S1 are caused to interfere with each other to generate reference interference light, and the measurement light whose modulation period state has been switched is generated. One of the light and the reference light is output toward the
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。
In the subsequent interference light detection step S3, the reference interference light and the measurement interference light generated in the interference step S2 are detected by the
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。
That is, in the interference step S2, the distance L1 of the reference optical path to the
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ngで割ることにより、上記距離差の絶対値(L2-L1)を算出する。
Then, in the next signal processing step S4, the distance to the
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。 Here, in the signal processing step S3, as shown in the process diagram of FIG. The reference signal and the measurement signal output in S2 are taken in, and the phase difference between the envelope pulses of the reference signal and the measurement signal is calculated in the next phase difference calculation step S32. In the phase difference calculation step S32, when calculating the phase difference, the phase difference data is attached with the light source state of the signal section, ie, frequency information.
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。 In the next distance calculation basic data acquisition step S33, one or more phase difference data of #1 to #4 given as examples of the state signal and the drive frequency are collected. At least one set of #1 and #2 or one set of #3 and #4 is required as the phase difference data to be collected in the distance calculation basic data acquisition step S32.
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Δfmで計測した場合の位相差が求められる。Δfmが10MHzであれば凡そ15mで2π[rad]の緩慢な変化となる。Δfmの位相をφΔfmと表し、設定状態#1で計測した場合のfmの位相をφfmとすると、φΔfmをfm/Δfm倍した値はφfm+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。
In the next order determination step S34, the difference between different states of the set of phase difference data collected in the distance calculation basic data acquisition step S33 is calculated. That is, the difference in phase difference is calculated. By this calculation, for example, in the case of #1 and #2 in the setting state shown in Table 1, the phase difference when measured by Δfm is obtained. If Δfm is 10 MHz, it will be a slow change of 2π [rad] at about 15 m. If the phase of Δfm is expressed as φ Δfm , and the phase of fm measured in setting
そして、次の距離計算工程S35では、φfm+2Nπ(Nは次数)を2πで除して基本周波数fm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fm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。 Then, in the next distance calculation step S35, φ fm +2Nπ (N is the order) is divided by 2π and multiplied by half the wavelength of the fundamental frequency f m , so that the distance represented by the optical distance is the measurement of the fundamental frequency f m . The optical distance is obtained with high accuracy, and the obtained optical distance is subjected to refractive index correction and origin correction to obtain a distance output.
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。
In this optical comb
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。
Here, a configuration example of the optical comb light source unit 10' provided with the external modulation type first and second
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。
In this optical comb light source unit 10', laser light emitted from a
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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FmA,FmBとして供給され、上記駆動信号FmA,FmB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。
The first and second
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FmA,FmB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。
In the optical comb
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F1,F2,F3,F4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FmA,FmBを得るようにしたものである。
The optical comb
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F1,F2,F3,F4を発生する4個のPLL発振器4A,4B,4C,4Dと24GHzの周波数信号F0を発生する1個のPLL発振器4Eを備える。
The modulated
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6を介して2つの周波数変換器7A,7Bに供給する。
In this optical comb
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。
In the modulation
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。
The
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FREFにPLL回路により位相同期されて周波数がfm’+Δf(fm’+Δf=1000.5MHz)に固定された第3の周波数信号F3を発生する。
The
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。
Further, the
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F1,F2,F3,F4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。
In the modulated
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FREF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F1,F2,F3,F4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。
The
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F1,F2,F3,F4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。
Here,
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。
The
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F0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’+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11A,11Bに駆動信号として供給する。
The first and second frequency converters 7A and 7B receive the frequency signal F0 of the frequency (for example, 24 GHz) supplied from the fifth PLL oscillator 4E and the switch section of the state
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。
That is, the first and second frequency converters 7A and 7B convert the first and second modulated signals Fma and Fmb consisting of frequency signals F1 , F2 , F3 and F4 in the 1 GHz band to the above It functions as an up-converter for frequency-converting the first and second modulation signals F mA and F mB in the 25 GHz band which are supplied as drive signals to the first and second
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。 The first and second frequency converters 7A and 7B are frequency mixers such as diodes, double-balanced mixers and IQ mixers, or frequency converters using phase synchronization having a configuration as shown in FIG. 7 is used.
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(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。
Here, when frequency mixers such as diodes, double balanced mixers, and IQ mixers are used for the first and second frequency converters 7A and 7B, since the frequency mixers are nonlinear elements, #1 , #2, #3, and #4 generate frequency components other than the necessary frequency components ( fm , fm + Δfm , fm +Δf, fm + Δfm +Δf). By inserting band-pass filters 8A and 8B at the output sides of the frequency converters 7A and 7B, respectively, only necessary frequency components are supplied as drive signals to the
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11A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。
For example, in the first frequency converter 7A using a frequency mixer, for example, in the case of setting #1, not only the required fm frequency component but also the unwanted frequency component f m +Sf b (except for S=0) Spurious occurs. Here, S is an integer and fb is the frequency of the modulated signal before frequency conversion input to the frequency mixer 23A. If this frequency component is mixed in the first modulation signal FmA supplied as a drive signal to the first
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fm+Sfb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7B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。
Moreover, the unwanted frequency component f m +Sf b generated by the first frequency converter 7A using a frequency mixer also propagates in the direction of the
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、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。 where S' is an integer. Since frequency components other than S+S'=0 are out of f m to +f b or -f b , they can be attenuated by the band-pass filter 8A that passes the required frequency of f m +Δf. However, the frequency component of S+S′=0 becomes f m +S′Δf, a frequency component very close to the required f m +Δf m of S′=1, which is difficult to remove by bandpass filter 24A, but the input By inserting the isolators 5E and 5F on each side, it is possible to attenuate the reflected components by the frequency converters 7A and 7B.
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。 The isolators 5E and 5F include isolation elements such as microwave amplifiers with large reverse isolation, pi-shaped resistance attenuators, T-shaped resistance attenuators, microwave isolators using ferrite, variable attenuators and band-pass filters. or an isolation circuit combining an isolation amplifier with a resistance attenuator or a band-pass filter.
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。
In the optical comb
なお、上記光コム光源部110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8A,8B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。
In the optical comb
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。
Here, the frequency converters 7A and 7B are not frequency mixers such as diodes, double-balanced mixers, and IQ mixers, but
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。
The
この周波数変換器7では、100MHz帯の変調周波数fbの変調信号Fb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73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72から出力する。
In this
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72から出力することができる。
That is, when the
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fmBの変調信号FmBを上記電圧制御型発振器72から出力することができる。
When the
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7A,7B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。
Here, in the
また、周波数変換器7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72のスプリアスfm+fb又はスプリアスfm-fbを小さくできる。
In addition, since the output of the
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。
Therefore, by using the
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FmA,FmA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。
In the optical comb
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FREF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。
Further, in the optical comb
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。 In this case, it is not necessary for all the optical combs to have different modulation periods, and some of them can be used for different switching even if they have the same modulation period, such as different wavelengths. It is essential to include a set of optical combs in the same wavelength band with different modulation periods in order to take interference, but even if the combination of the same modulation period includes optical combs in different wavelength bands, it will still function. do.
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FREFに位相同期されたN(N=4)種類の変調信号Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
Here, with N=4 and M=2, the optical comb
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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
The four
上記4個の光コム発生器11A,11B,11C,11Dは、上記変調信号Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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Fm1,Fm2,Fm3,Fm4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。
The four
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。
Then, the state
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。
Since the optical comb
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。
Here, in the optical comb
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。
In this optical comb
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ngで割ることにより、上記距離差の絶対値(L2-L1)を算出する。
In the
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。
The installation positions of the
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。
Further, in the optical comb
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。
This optical comb
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ngで割ることにより、上記距離差の絶対値(L2-L1)を算出する。
In this optical comb
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。
In the optical comb
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。
In the
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、141A,141B,141C,141D,142A,142B,143A,143B,144A,1444B 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
1 laser light source, 2 optical distributor, 4 modulation signal generator, 4R reference oscillator, 4A to 4E PLL oscillator, 5A to 5F, 13A to 13D, 15A, 15B isolator, 7, 7A, 7B frequency converter, 8A, 8B Bandpass filters 10, 10', 10B, 110, 120 Optical comb
Claims (8)
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。 An optical comb distance measurement method for measuring a distance from the time difference between the interference signal of the reference light and the measurement light, in which one of the interference signals of the reference light and the measurement light passes through the measurement section,
a state switching step of switching the state of the modulation cycle of one or more pairs of measurement light and reference light, each of which is periodically modulated in intensity or phase and has different modulation cycles, and outputting a state signal indicating the switching state;
In the state switching step, the measurement light whose modulation period state has been switched and the reference light are caused to interfere with each other to generate reference interference light, and either the measurement light or the reference light whose modulation period state has been switched is generated. toward the object to be measured, and one of them interfering the interference light of the measurement light and the reference light, which have reciprocated the distance to the object to be measured, to generate interference light for measurement;
an interference light detection step of obtaining a reference signal and a measurement signal by detecting the reference interference light and the measurement interference light generated in the interference step;
and a signal processing step of calculating the distance to the object to be measured based on the reference signal and the measurement signal obtained in the interference light detection step and the state signal output in the state switching step. Optical comb distance measurement method.
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。 An optical comb distance measuring device that measures a distance from the time difference between the interference signal of the reference light and the measurement light, in which one of the interference signals of the reference light and the measurement light passes through the measurement section,
an optical comb light source unit that outputs one or more pairs of measurement light and reference light whose intensity or phase is modulated periodically and whose modulation periods are different from each other;
a state switching control unit that switches the state of the modulation period of the measurement light and the reference light output from the optical comb light source unit and outputs a state signal indicating the switching state;
Measurement light and reference light are input from the optical comb light source unit, the input measurement light and reference light are interfered to generate reference interference light, and one of the input measurement light and reference light is generated. an interference unit that outputs toward a measurement object and causes interference between the measurement light and the reference light, one of which has reciprocated the distance to the measurement object, to generate interference light for measurement;
a reference photodetector that detects the reference interference light generated by the interference unit and outputs a reference signal;
a measurement photodetector that detects the interference light for measurement generated by the interference unit and outputs a measurement signal;
Calculate the distance to the measurement object based on the reference signal output from the reference photodetector, the measurement signal output from the measurement photodetector, and the state signal output from the state switching control unit. An optical comb distance measuring device comprising: a signal processing unit for
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。 The optical comb light source unit includes M (M is a positive integer) optical comb generators, and N types of modulation with an integer of 3 or more different frequencies are selectively input via the state switching control unit. M types of optical combs whose intensity or phase is periodically modulated by at least three kinds of modulated signals among the signals and whose modulation periods are different from each other are used as the measurement light and the reference light whose modulation period state is switched. output and
The state switching control section includes an X (integer of 3 or more) input Y (Y is a positive integer) output switch section to which the N types of modulated signals are input via at least three isolators, and the switch section. to selectively output the N kinds of modulated signals to the M optical comb generators of the optical comb light source unit, and the selection state of the N kinds of modulated signals selected by the switch unit 6. The optical comb distance measuring device according to claim 5, wherein a state signal indicating the switching state of the modulation periods of the measurement light and the reference light emitted from the M optical comb generators is output according to .
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。 a modulated signal generator comprising at least three oscillators that generate frequency signals having different frequencies;
At least two frequency converters to which frequency signals obtained by one of the three oscillators of the modulation signal generator and frequency signals obtained by oscillators other than the one oscillator are input,
The state switching control unit switches each frequency signal obtained by each oscillator other than the one oscillator by the switch unit to input it to the at least two frequency converters, and frequency-converted by the at least two frequency converters. At least two types of modulated signals having different frequencies are supplied as drive signals to at least two optical comb generators of the optical comb light source unit, and switching between frequency signals to be switched and input to the two frequency converters. 7. The optical comb distance measurement according to claim 6, wherein a state signal indicating a switching state of the modulation periods of the measurement light and the reference light emitted from the at least two optical comb generators is output according to the state. Device.
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。 The optical comb light source unit includes N optical comb generators each of which is periodically modulated in intensity or phase and generates N kinds of optical combs of integers equal to or greater than 3 with mutually different modulation cycles,
The state switching control section cyclically selects M (M is a positive integer) types of optical combs having mutually different modulation cycles from the N types of optical combs generated by the N optical comb generators of the optical comb light source section. A switch unit using an optical switch that selectively outputs an output, and a control unit that controls the selection operation of the optical comb by the switch unit using the optical switch. Selective control is performed to cyclically select and output M types of optical combs with different modulation cycles from N types of optical combs via a switch unit, and a state signal indicating the selection state is output. 6. The optical comb distance measuring device according to claim 5.
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