JP2018169265A - Distance measuring device and distance measuring method - Google Patents
Distance measuring device and distance measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018169265A JP2018169265A JP2017066103A JP2017066103A JP2018169265A JP 2018169265 A JP2018169265 A JP 2018169265A JP 2017066103 A JP2017066103 A JP 2017066103A JP 2017066103 A JP2017066103 A JP 2017066103A JP 2018169265 A JP2018169265 A JP 2018169265A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- interference signal
- measurement
- peak position
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Description
本発明は、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置及び距離測定方法に関する。 The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method for measuring a distance to an object to be measured.
測定対象物までの距離を測定する距離測定装置として、TOF(Time-of-Flight)法を用いる装置、光周波数コムを用いる装置、及び多波長干渉計を用いる装置がよく知られている。TOF法を用いる距離測定装置は、パルス変調された測定光を測定対象物に向けて出射し、この測定光が測定対象物に反射されて戻ってくるまでの時間を測定した測定結果に基づき測定対象物までの距離を測定する。TOF法を用いた場合、装置構成が単純であるため、距離測定装置を比較的低コストで製造することができる。また、TOFを用いた距離測定装置では、機械的な駆動部が不要になるため、高速測定が可能となる。 As a distance measuring device for measuring a distance to a measurement object, a device using a TOF (Time-of-Flight) method, a device using an optical frequency comb, and a device using a multiwavelength interferometer are well known. A distance measuring device using the TOF method emits pulse-modulated measurement light toward a measurement object, and measures based on the measurement result of measuring the time until the measurement light is reflected by the measurement object and returns. Measure the distance to the object. When the TOF method is used, since the device configuration is simple, the distance measuring device can be manufactured at a relatively low cost. In addition, since the distance measuring device using TOF does not require a mechanical drive unit, high-speed measurement is possible.
光周波数コムを用いる距離測定装置は、測定光として光周波数コムを使用する干渉計を備え、この干渉計で得られた干渉信号の包絡波形(エンベロープ)及び位相に基づき、基準位置から測定対象物までの距離を測定する(例えば特許文献1及び2参照)。例えば、光周波数コムの測定用信号のセルフビート周波数と参照用信号のセルフビート周波数とで位相比較を行うことで、合致法で距離が求められる。このように光周波数コムを用いた場合には、距離測定の精度が1μmであり、比較的良い精度が得られる。
A distance measuring device using an optical frequency comb includes an interferometer that uses an optical frequency comb as measurement light, and an object to be measured from a reference position based on an envelope waveform (envelope) and phase of an interference signal obtained by the interferometer Is measured (for example, see
多波長干渉計を用いる距離測定装置は、波長の異なる複数のレーザ光を用いる多波長干渉計を備えており、複数のレーザ光のビート波長を用いて測定対象物までの距離を測定する(非特許文献1参照)。多波長干渉計を用いた場合には、高い再現性(2σ=2nm以下)が実現される。 A distance measuring apparatus using a multi-wavelength interferometer includes a multi-wavelength interferometer using a plurality of laser beams having different wavelengths, and measures a distance to a measurement object using beat wavelengths of the plurality of laser beams (non- Patent Document 1). When a multiwavelength interferometer is used, high reproducibility (2σ = 2 nm or less) is realized.
ところで、TOF法を用いる場合には、干渉計の構成をとらないため、距離測定の基準位置が不明確になるという問題がある。また、TOF法の測定精度は1mm程度であり、高精度な距離測定には不向きである。 By the way, when the TOF method is used, there is a problem that the reference position for distance measurement becomes unclear because the configuration of the interferometer is not used. Further, the measurement accuracy of the TOF method is about 1 mm, and is not suitable for high-precision distance measurement.
また、光周波数コムを用いる場合、光周波数コムを生成するための構成、すなわちモードロックレーザ光のオフセット周波数及び繰り返し周波数を精度良く制御するための構成が複雑になるので、装置の高コスト化及び大型化という問題が発生する。また、光周波数コムを用いる場合は、位相の測定分解能により距離分解能が制限されるため、超高周波の電気信号(例えば1μmの分解能を得るためには75GHz)を用いて距離分解能を向上させる必要がある。このため、距離測定装置の電気回路の位相安定性が測定精度に影響を及ぼすという問題がある。 Further, in the case of using the optical frequency comb, the configuration for generating the optical frequency comb, that is, the configuration for accurately controlling the offset frequency and the repetition frequency of the mode-locked laser light is complicated, so that the cost of the apparatus is increased. The problem of enlargement occurs. In addition, when the optical frequency comb is used, the distance resolution is limited by the measurement resolution of the phase, so it is necessary to improve the distance resolution using an ultra-high frequency electric signal (for example, 75 GHz in order to obtain a resolution of 1 μm). is there. For this reason, there exists a problem that the phase stability of the electric circuit of a distance measuring device affects measurement accuracy.
さらに、多波長干渉計を用いる距離測定装置では、波長が安定化されたレーザ光を複数使用する必要があるため、装置の高コスト化及び大型化という問題が発生する。また、多波長干渉計を用いる場合には、複数のレーザ光のビート波長を大きくすることが困難であるため、測定レンジが1mm〜2mmと非常に短いという問題がある。 Furthermore, in a distance measuring device using a multi-wavelength interferometer, it is necessary to use a plurality of laser beams whose wavelengths are stabilized, so that there is a problem that the device is expensive and large. In addition, when using a multi-wavelength interferometer, it is difficult to increase the beat wavelengths of a plurality of laser beams, so that there is a problem that the measurement range is as short as 1 mm to 2 mm.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、長レンジ且つ高精度の距離測定を低コストかつコンパクトな構成で実施することができる距離測定装置及び距離測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method capable of performing distance measurement with a long range and high accuracy with a low cost and a compact configuration. And
本発明の目的を達成するための距離測定装置は、第1繰り返し周波数の測定光を出射する第1光源であって、基準面と測定対象物とにそれぞれ入射される測定光を出射する第1光源と、第1繰り返し周波数とは異なる第2繰り返し周波数の参照光を出射する第2光源と、基準面にて反射された測定光の第1反射光と、測定対象物にて反射された測定光の第2反射光と、第2光源から出射された参照光と、の干渉信号を検出する干渉信号検出部と、干渉信号検出部が検出した干渉信号の包絡波形を生成する包絡波形生成部と、包絡波形生成部が生成した包絡波形から、第1反射光及び参照光の第1干渉信号成分に対応する第1ピーク位置と、第2反射光及び参照光の第2干渉信号成分に対応する第2ピーク位置とを検出するピーク位置検出部と、ピーク位置検出部が検出した第1ピーク位置及び第2ピーク位置に基づき、基準面を基準とした測定対象物までの距離を決定する距離決定部と、を備える。 A distance measuring device for achieving an object of the present invention is a first light source that emits measurement light having a first repetition frequency, and emits measurement light that is incident on a reference surface and a measurement object, respectively. A light source, a second light source that emits reference light having a second repetition frequency different from the first repetition frequency, a first reflected light of measurement light reflected by the reference surface, and a measurement reflected by the measurement object An interference signal detection unit that detects an interference signal between the second reflected light of the light and the reference light emitted from the second light source, and an envelope waveform generation unit that generates an envelope waveform of the interference signal detected by the interference signal detection unit And the first peak position corresponding to the first interference signal component of the first reflected light and the reference light and the second interference signal component of the second reflected light and the reference light from the envelope waveform generated by the envelope waveform generation unit A peak position detector for detecting a second peak position Provided on the basis of the first peak position and the second peak positions Peak position detection section detects the distance determiner for determining the distance of the reference plane to the measurement object on the basis, the.
この距離測定装置によれば、干渉信号の包絡波形を生成し、この包絡波形から各ピーク位置を検出することで、光周波数コムを用いることなく、基準面を基準とした測定対象物までの距離を測定できる。 According to this distance measuring device, an envelope waveform of an interference signal is generated, and each peak position is detected from the envelope waveform, so that the distance to the measurement object with reference to the reference plane can be obtained without using an optical frequency comb. Can be measured.
本発明の他の態様に係る距離測定装置は、包絡波形生成部は、ヒルベルト変換を用いて包絡波形を生成する。これにより、干渉信号の包絡波形が得られる。 In the distance measuring device according to another aspect of the present invention, the envelope waveform generation unit generates an envelope waveform using Hilbert transform. Thereby, an envelope waveform of the interference signal is obtained.
本発明の他の態様に係る距離測定装置は、包絡波形生成部は、干渉信号をヒルベルト変換した変換信号と、ヒルベルト変換による変換信号の遅延に応じて干渉信号を遅延させた遅延信号とに基づき、包絡波形を生成する。 In the distance measuring device according to another aspect of the present invention, the envelope waveform generation unit is based on a converted signal obtained by converting the interference signal into a Hilbert transform and a delayed signal obtained by delaying the interference signal in accordance with the delay of the converted signal caused by the Hilbert transform. Generate an envelope waveform.
本発明の他の態様に係る距離測定装置は、測定光の第1繰り返し周波数及び参照光の第2繰り返し周波数をそれぞれ取得する繰り返し周波数取得部を備え、距離決定部は、ピーク位置検出部が検出した第1ピーク位置及び第2ピーク位置との差分と、繰り返し周波数取得部が取得した第1繰り返し周波数及び第2繰り返し周波数とに基づき、距離の決定を行う。これにより、基準面を基準とした測定対象物までの距離を測定することができる。 A distance measurement device according to another aspect of the present invention includes a repetition frequency acquisition unit that acquires a first repetition frequency of measurement light and a second repetition frequency of reference light, and the distance determination unit is detected by a peak position detection unit. The distance is determined based on the difference between the first peak position and the second peak position and the first repetition frequency and the second repetition frequency acquired by the repetition frequency acquisition unit. Thereby, the distance to the measuring object on the basis of the reference plane can be measured.
本発明の他の態様に係る距離測定装置は、測定光及び参照光は、光周波数コムとは異なるモードロックレーザ光である。これにより、モードロックレーザ光のオフセット周波数及び繰り返し周波数を精度良く制御するための構成が不要となると共に、光周波数コムを用いる場合のように超高周波の電気信号を扱う必要がなくなるため、距離測定装置が低コスト且つコンパクトな構成になる。 In the distance measuring device according to another aspect of the present invention, the measurement light and the reference light are mode-locked laser light different from the optical frequency comb. This eliminates the need for a configuration for accurately controlling the offset frequency and the repetition frequency of the mode-locked laser beam, and eliminates the need to handle an ultra-high frequency electric signal as in the case of using an optical frequency comb. The apparatus has a low cost and a compact configuration.
本発明の他の態様に係る距離測定装置は、第1光源から入力された測定光の一部を反射する端面を有しており、測定光の残りを測定対象物に向けて出射し、且つ測定対象物にて反射された第1反射光が入射する端面反射型のセンサヘッドを備え、基準面は、センサヘッドの端面である。これにより、センサヘッドの端面を基準とした測定対象物までの距離を測定することができる。 A distance measuring device according to another aspect of the present invention has an end face that reflects a part of the measurement light input from the first light source, emits the remainder of the measurement light toward the measurement object, and An end surface reflection type sensor head on which the first reflected light reflected by the measurement object is incident is provided, and the reference surface is an end surface of the sensor head. Thereby, the distance to the measuring object based on the end face of the sensor head can be measured.
本発明の目的を達成するための距離測定方法は、第1光源から第1繰り返し周波数の測定光を出射させて、測定光を基準面と測定対象物とにそれぞれ入射させる第1出射ステップと、第1繰り返し周波数とは異なる第2繰り返し周波数の参照光を第2光源から出射する第2出射ステップと、基準面にて反射された測定光の第1反射光と、測定対象物にて反射された測定光の第2反射光と、第2光源から出射された参照光と、の干渉信号を検出する干渉信号検出ステップと、干渉信号検出ステップで検出した干渉信号の包絡波形を生成する包絡波形生成ステップと、包絡波形生成ステップで生成した包絡波形から、第1反射光及び参照光の第1干渉信号成分に対応する第1ピーク位置と、第2反射光及び参照光の第2干渉信号成分に対応する第2ピーク位置とを検出するピーク位置検出ステップと、ピーク位置検出ステップで検出した第1ピーク位置及び第2ピーク位置に基づき、基準面を基準とした測定対象物までの距離を決定する距離決定ステップと、を有する。 A distance measurement method for achieving the object of the present invention includes a first emission step of emitting measurement light having a first repetition frequency from a first light source and causing the measurement light to enter a reference plane and a measurement object, respectively. A second emission step of emitting a reference light having a second repetition frequency different from the first repetition frequency from the second light source; a first reflected light of the measurement light reflected by the reference surface; An interference signal detecting step for detecting an interference signal between the second reflected light of the measured light and the reference light emitted from the second light source, and an envelope waveform for generating an envelope waveform of the interference signal detected in the interference signal detecting step A first peak position corresponding to the first interference signal component of the first reflected light and the reference light and a second interference signal component of the second reflected light and the reference light from the generation waveform and the envelope waveform generated in the envelope waveform generation step; No. corresponding to A peak position detecting step for detecting the peak position; a distance determining step for determining a distance to the measurement object based on the reference plane based on the first peak position and the second peak position detected in the peak position detecting step; Have.
本発明の距離測定装置及び距離測定方法は、長レンジ且つ高精度の距離測定を低コストかつコンパクトな構成で実施することができる。 The distance measuring device and the distance measuring method of the present invention can carry out long-range and high-precision distance measurement with a low-cost and compact configuration.
[モードロックレーザ光の特性]
本実施形態の距離測定装置10(図5参照)は、2種類のモードロックレーザ光(MLL:Mode locked laser)を用いて距離測定を行う。最初にモードロックレーザ光の特性について説明する。
[Characteristics of mode-locked laser light]
The distance measuring apparatus 10 (see FIG. 5) of the present embodiment performs distance measurement using two types of mode-locked laser light (MLL: Mode locked laser). First, the characteristics of the mode-locked laser beam will be described.
図1は、モードロックレーザ光の特性を説明するための説明図である。図1の符号1A(上段)はモードロックレーザ光の強度を周波数軸で表したグラフであり、図1の符号1Bはモードロックレーザ光の電界強度を時間軸で表したグラフである。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the characteristics of a mode-locked laser beam. 1 is a graph representing the intensity of the mode-locked laser beam on the frequency axis, and 1B in FIG. 1 is a graph representing the electric field strength of the mode-locked laser beam on the time axis.
図1に示すように、モードロックレーザ光は、位相が同期した複数周波数のレーザ光、換言すると繰り返し周波数frepが一定のパルスレーザ光である。モードロックレーザ光は、周波数軸(符号1A参照)上では繰り返し周波数frep毎に光周波数が並んでおり、時間軸(符号1B参照)上では光パルスが周波数frepで繰り返される。なお、モードロックレーザ光では、仮想的な光周波数の開始点(オフセット周波数)をfceo(キャリアエンベロープオフセット)と呼ぶ。
As shown in FIG. 1, the mode-locked laser beam is a laser beam having a plurality of frequencies whose phases are synchronized, in other words, a pulsed laser beam having a constant repetition frequency f rep . The mode-locked laser light has optical frequencies arranged at every repetition frequency f rep on the frequency axis (see
光周波数コムは、繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fceoが精度良く制御されたモードロックレーザ光である。ここで、本明細書内での「モードロックレーザ光」とは、光周波数コムとは異なるもの、すなわち繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fceoが精度良く制御されていないモードロックレーザ光を指す。 The optical frequency comb is a mode-locked laser beam in which the repetition frequency f rep and the offset frequency f ceo are accurately controlled. Here, the “mode-locked laser beam” in the present specification refers to a mode-locked laser beam that is different from the optical frequency comb, that is, the repetition frequency f rep and the offset frequency f.sub.eo are not accurately controlled.
図2は、モードロックレーザ光の光電変換結果を説明するための説明図である。図2の上段に示すモードロックレーザ光を光電変換器で受光して光電変換(検出)し、この光電変換結果を周波数解析すると、図2の下段に示すように、繰り返し周波数frep毎にピーク周波数が観測されるセルフビート信号が得られる。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the photoelectric conversion result of the mode-locked laser beam. The mode-locked laser beam shown in the upper part of FIG. 2 is received by a photoelectric converter and subjected to photoelectric conversion (detection). When the frequency analysis is performed on the result of the photoelectric conversion, a peak is obtained at each repetition frequency f rep as shown in the lower part of FIG. A self-beat signal whose frequency is observed is obtained.
図3は、2台のモードロックレーザ光源3,4から出射されたモードロックレーザ光のパルスの可干渉性を説明するための説明図である。図3に示すように、モードロックレーザ光源3(図中で「MLL1」と表示)は、第1繰り返し周波数frep1のモードロックレーザ光を測定光L1としてプリズム5に向けて出射する。この測定光L1は、プリズム5を透過した後、測定用コーナキューブプリズム6に入射する。測定用コーナキューブプリズム6に入射した測定光L1は、測定用コーナキューブプリズム6においてプリズム5に向けて反射される。反射された測定光L1は、プリズム5に入射した後、プリズム5からプリズム7に向けて反射される。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the coherence of the pulses of the mode-locked laser light emitted from the two mode-locked
一方、モードロックレーザ光源4(図中で「MLL2」と表示)は、第2繰り返し周波数frep2(≠frep1)のモードロックレーザ光を参照光L2としてプリズム7に向けて出射する。これにより、プリズム7において測定光L1(反射光)と参照光L2とが合波されて、測定光L1と参照光L2との干渉信号が光電変換器8に入射して光電変換される。光電変換器8は、例えばCCD(Charge Coupled Device)型又はCMOS(complementary metal oxide semiconductor)型のイメージセンサ、或いはフォトダイオードが用いられる(後述の差動光電変換器20、光電変換器21,22も同様)。
On the other hand, the mode-locked laser light source 4 (indicated as “MLL2” in the drawing ) emits a mode-locked laser beam having the second repetition frequency f rep2 (≠ f rep1 ) toward the
図4は、プリズム7で合波される測定光L1(反射光)及び参照光L2の双方の電界強度を同一時間軸上で表したグラフである。図4に示すように、測定光L1の第1繰り返し周波数frep1と参照光L2の第2繰り返し周波数frep2とを少しずらすことで、測定光L1(反射光)の光パルスを参照光L2の光パルスで走査した場合と同様の効果が得られる。本発明ではこの効果を利用して距離測定を行う。なお、図中の符号「q」は、測定光L1の光パルスを参照光L2の光パルスで走査する際の光パルスの1サンプル毎の走査間隔[|c/frep1−c/frep2|、c:光速]である。
FIG. 4 is a graph showing the electric field strengths of both the measurement light L1 (reflected light) and the reference light L2 combined by the
[本実施形態の距離測定装置の構成]
図5は、測定対象物9までの絶対距離Dを測定する距離測定装置10の概略図である。図5に示すように、距離測定装置10は、モードロックレーザ光源12(図中で「MLL1」と表示)と、モードロックレーザ光源13(図中で「MLL2」と表示)と、カプラ15と、ファイバサーキュレータ16と、センサヘッド17と、カプラ18と、カプラ19と、差動光電変換器20と、シングルエンド型の光電変換器21,22と、ミキサ23と、ローパスフィルタ24(図中で「LPF」と表示)と、周波数カウンタ25と、デジタイザ26と、信号処理部27と、表示部28と、記憶部29と、を備える。
[Configuration of Distance Measuring Device of this Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram of the
モードロックレーザ光源12(本発明の第1光源に相当)は、光ファイバケーブルF1を介してカプラ15に接続している。このモードロックレーザ光源12は、第1繰り返し周波数frep1のモードロックレーザ光を測定光L1として出射する。この測定光L1は、光ファイバケーブルF1を介してカプラ15に入力される。
The mode-locked laser light source 12 (corresponding to the first light source of the present invention) is connected to the
モードロックレーザ光源13(本発明の第2光源に相当)は、光ファイバケーブルF2を介してカプラ18に接続している。このモードロックレーザ光源13は、第1繰り返し周波数frep1とは異なる第2繰り返し周波数frep2のモードロックレーザ光を参照光L2として出射する。この参照光L2は、光ファイバケーブルF2を介してカプラ18に入力される。
The mode-locked laser light source 13 (corresponding to the second light source of the present invention) is connected to the
カプラ15は、その一端が光ファイバケーブルF1を介してモードロックレーザ光源12に接続し、その他端が光ファイバケーブルF3を介してファイバサーキュレータ16に接続していると共に、光ファイバケーブルF4を介して光電変換器21に接続している。カプラ15は、光ファイバケーブルF1から入力された測定光L1を2分割し、測定光L1の一方を、光ファイバケーブルF3を介してファイバサーキュレータ16へ出力すると共に、測定光L1の他方を、光ファイバケーブルF3を介して光電変換器21へ出力する。
The
ファイバサーキュレータ16は、光ファイバケーブルF3を介してカプラ15に接続している他、光ファイバケーブルF5を介してセンサヘッド17に接続していると共に、光ファイバケーブルF6を介してカプラ19に接続している。このファイバサーキュレータ16は、例えば非往復方式且つ1方向型デバイスであって3つのポートを有しており、光ファイバケーブルF3から入力された測定光L1を、光ファイバケーブルF5を介してセンサヘッド17へ出力する。また、ファイバサーキュレータ16は、光ファイバケーブルF5を介してセンサヘッド17から入力された後述の第1反射光R1及び第2反射光R2を、光ファイバケーブルF6を介してカプラ19へ出力する。
The
センサヘッド17は、端面反射型のヘッドであり、光ファイバケーブルF5から入力された測定光L1の一部をファイバサーキュレータ16に向けて反射し、測定光L1の残りを測定対象物9に向けて出射する。測定対象物9に向けて出射された測定光L1は、測定対象物9にて反射され、第1反射光R1としてセンサヘッド17に入射する。
The
センサヘッド17の測定光Lの出射端側(入射端側でも可)の端面は、上述の測定光L1の一部をファイバサーキュレータ16に向けて反射する基準面17a(参照面ともいう)として機能する。このため、上述の測定光L1の一部が基準面17aにて反射されて第2反射光R2となる。これにより、基準面17aを基準位置とした測定対象物9までの絶対距離Dの測定を行うことができる。そして、第1反射光R1及び第2反射光R2がセンサヘッド17から光ファイバケーブルF5を介してファイバサーキュレータ16に入力され、さらにこのファイバサーキュレータ16から光ファイバケーブルF6を介してカプラ19に入力される。
The end surface of the
カプラ18は、その一端が光ファイバケーブルF2を介してモードロックレーザ光源13に接続し、その他端が光ファイバケーブルF7を介してカプラ19に接続していると共に、光ファイバケーブルF8を介して光電変換器22に接続している。このカプラ15は、光ファイバケーブルF2から入力された参照光L2を2分割し、参照光L2の一方を、光ファイバケーブルF7を介してカプラ19へ出力すると共に、参照光L2の他方を、光ファイバケーブルF8を介して光電変換器22へ出力する。
One end of the
カプラ19の一端には既述の光ファイバケーブルF6,F7が接続され、カプラ19の他端には2本の光ファイバケーブルF9が接続されている。カプラ19は、光ファイバケーブルF6から入力された第1反射光R1及び第2反射光R2と、光ファイバケーブルF7から入力された参照光L2とを合波して、第1反射光R1と第2反射光R2と参照光L2との干渉信号SG(干渉光)を生成する。また、カプラ19は、生成した干渉信号SGを2分割して2本の光ファイバケーブルF9へそれぞれ出力する。ここで、第1反射光R1と参照光L2の強度差があるとき、カプラ19は第1反射光R1と参照光L2を非干渉信号として、干渉信号SGと同時に第2反射光R2と参照光L2の強度の非干渉信号を2分割して2本の光ファイバケーブルF9へ出力する。同様に第2反射光R2と参照光L2の強度差があるとき、カプラ19は第2反射光R2と参照光L2を非干渉信号として、干渉信号SGと同時に第2反射光R2と参照光L2の強度の非干渉信号を2分割して2本の光ファイバケーブルF9へ出力する。このとき、カプラ19の基本的な性質の一つとして、干渉信号SGは2本の光ファイバケーブルF9へ光の強弱が反転した形態で出力し、非干渉信号である第1反射光R1と第2反射光R2と参照光L2は2本の光ファイバケーブルF9へ同じ光の強弱となる形態で出力する。光ファイバケーブルF9は、カプラ19から個別に入力された干渉信号SGを差動光電変換器20に向けて個別に出射する。
The optical fiber cables F6 and F7 described above are connected to one end of the
干渉信号SGには、第1反射光R1及び参照光L2の干渉信号成分である第1干渉信号成分SG1と、第2反射光R2及び参照光L2の干渉信号成分である第2干渉信号成分SG2と、が含まれる。第1干渉信号成分SG1は、測定光L1(第1反射光R1)の第1繰り返し周波数frep1と参照光L2の第2繰り返し周波数frep2との差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)で、同じ干渉波形(パルス干渉波形)が繰り返される(図6参照)。また、第2干渉信号成分SG2についても同様に、第1繰り返し周波数frep1と第2繰り返し周波数frep2との差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)で、同じ干渉波形(パルス干渉波形)が繰り返される(図6参照)。 The interference signal SG includes a first interference signal component SG1 that is an interference signal component of the first reflected light R1 and the reference light L2, and a second interference signal component SG2 that is an interference signal component of the second reflected light R2 and the reference light L2. And are included. The first interference signal component SG1 is the measuring light L1 frequency of the difference between the second repetition frequency f rep2 the first repetition frequency f rep1 the reference light L2 (first reflected light R1) [| f rep1 -f rep2 |] The same interference waveform (pulse interference waveform) is repeated at (Hz) (see FIG. 6). Similarly, the second interference signal component SG2 has the same interference waveform (pulse) at the frequency [| f rep1 −f rep2 |] (Hz) of the difference between the first repetition frequency f rep1 and the second repetition frequency f rep2. (Interference waveform) is repeated (see FIG. 6).
差動光電変換器20は、本発明の干渉信号検出部に相当するものであり、2本の光ファイバケーブルF9からそれぞれ出射された干渉信号SGを個別に検出する2つの光検出素子と、2つ光検出素子の出力の差分をとって差動信号を出力する差動出力部と、を有する。なお、差動光電変換器20については公知技術であるので、詳細な説明は省略する。この差動光電変換器20は、2本の光ファイバケーブルF9から出射された干渉信号SGを電気信号(差動信号)に変換して、デジタイザ26へ出力する。差動光電変換器20は2つの入力された光の強度差を出力するため、前述の干渉信号SGを抽出して非干渉信号である第1反射光R1と第2反射光R2と参照光L2を排除することにより、干渉信号SGのノイズを低減させることができる。
The differential
光電変換器21は、光ファイバケーブルF4を介してカプラ15から入力された測定光L1を光電変換(検出)し、測定光L1の検出信号MG1をミキサ23と周波数カウンタ25とにそれぞれ出力する。この検出信号MG1の周波数は、frep1(Hz)である。
The
光電変換器22は、光ファイバケーブルF8を介してカプラ18から入力された参照光L2を光電変換(検出)し、参照光L2の検出信号MG2をミキサ23と周波数カウンタ25とデジタイザ26とにそれぞれ出力する。この検出信号MG2の周波数は、frep2(Hz)である。なお、デジタイザ26に入力される検出信号MG2は、デジタイザ26においてサンプリングクロックとして用いられる。
The
ミキサ23は、光電変換器21から入力された測定光L1の検出信号MG1と、光電変換器22から入力された参照光L2の検出信号MG2とに基づき、各々の周波数の和の周波数を有する信号と、差の周波数を有する信号とを生成する。既述の通り、検出信号MG1の周波数はfrep1(Hz)であり、検出信号MG2の周波数はfrep2(Hz)である。このため、ミキサ23は、和の周波数[frep1+frep2](Hz)を有する信号と、差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)を有する信号とを生成し、両信号をローパスフィルタ24へ出力する。
The
ローパスフィルタ24は、ミキサ23から入力される信号のうち「和の周波数」を有する信号をカットし、「差の周波数」を有する信号のみをデジタイザ26に出力する。この差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)を有する信号は、後述のデジタイザ26が干渉信号SGの取り込みを行う際の基準となるトリガ信号として用いられる。
The low-
周波数カウンタ25は、本発明の繰り返し周波数取得部として機能する。周波数カウンタ25は、光電変換器21から入力された検出信号MG1に基づき測定光L1の第1繰り返し周波数frep1を検出すると共に、光電変換器22から入力された検出信号MG2に基づき参照光L2の第2繰り返し周波数frep2を検出する。そして、周波数カウンタ25は、第1繰り返し周波数frep1及び第2繰り返し周波数frep2の検出結果である繰り返し周波数検出結果を信号処理部27へ出力する。
The frequency counter 25 functions as a repetition frequency acquisition unit of the present invention. The
デジタイザ26は、差動光電変換器20から入力される干渉信号SGをサンプリングしてデジタイズ(デジタル化)する。具体的に、デジタイザ26は、ローパスフィルタ24から入力されるトリガ信号、すなわち差の周波数で[|frep1−frep2|](Hz)で繰り返されるトリガ信号を基準として、サンプリングを開始する。またこの際に、デジタイザ26は、光電変換器22から入力される検出信号MG2の周波数「frep2」(Hz)をサンプリングクロックとしてサンプリングを行う。従って、デジタイザ26は、新たなトリガの入力に応じて次のトリガまでの間にサンプリングクロックに応じて干渉信号SGのサンプリング及びデジタイズを行う。
The digitizer 26 samples and digitizes (digitizes) the interference signal SG input from the differential
ここで、第1干渉信号成分SG1の干渉波形と、第2干渉信号成分SG2の干渉波形とはそれぞれ周波数[|frep1−frep2|](Hz)で繰り返される(図6参照)。このため、デジタイザ26に入力するトリガ信号の間隔を既述の差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)に設定することで、双方の干渉波形のサンプリングを確実に行いつつ、無駄なサンプリングを防止できる。これにより、デジタイザ26は、トリガ信号が入力される毎に、デジタイズした干渉信号SGを信号処理部27へ出力する。
Here, the interference waveform of the first interference signal component SG1 and the interference waveform of the second interference signal component SG2 are each repeated at a frequency [| f rep1 −f rep2 |] (Hz) (see FIG. 6). For this reason, by setting the interval of the trigger signal input to the
図6は、デジタイザ26から信号処理部27へ出力される干渉信号SGの一例を示したグラフである。なお、グラフの横軸は、デジタイザ26による干渉信号SGのサンプリング数[sample(N)]であり、実質的には時間と等価である。
FIG. 6 is a graph showing an example of the interference signal SG output from the
図6に示すように、干渉信号SGには、既述の通り、第1干渉信号成分SG1の干渉波形と、第2干渉信号成分SG2の干渉波形とが、周波数[|frep1−frep2|](Hz)毎に繰り返し発生する。そして、第1干渉信号成分SG1の干渉波形の包絡波形36(図7参照)のピーク位置に相当する第1ピーク位置P1と、第2干渉信号成分SG2の干渉波形の包絡波形36のピーク位置に相当する第2ピーク位置P2との間のサンプリング数ΔNが、既述の基準面17aから測定対象物9までの絶対距離Dに相当する。このため、信号処理部27は、両干渉波形の包絡波形36の各ピーク位置P1,P2を個別に検出し、さらに各ピーク位置P1,P2間のサンプリング数ΔNを検出した結果に基づき、絶対距離Dを求める。
As shown in FIG. 6, in the interference signal SG, as described above, the interference waveform of the first interference signal component SG1 and the interference waveform of the second interference signal component SG2 have the frequency [| f rep1 −f rep2 | ] Repeated every Hz. Then, the first peak position P1 corresponding to the peak position of the envelope waveform 36 (see FIG. 7) of the interference waveform of the first interference signal component SG1 and the peak position of the
図7は、信号処理部27によるピーク位置の検出を行う際の課題を説明するための説明図であって、且つ第1干渉信号成分SG1(第2干渉信号成分SG2)の干渉波形を拡大した図である。また、図中の横軸は、サンプリング数[sample(N)]であり、図中の縦軸は干渉信号SG(第1干渉信号成分SG1及び第2干渉信号成分SG2)の信号強度である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a problem when the
図7の符号35A(上段)は、測定光L1及び参照光L2として、各繰り返し周波数frep1,frep2及びオフセット周波数fceoが精度良く制御された光周波数コムを用いた場合の干渉波形である。この場合には、第1干渉信号成分SG1の干渉波形のピーク位置uと、第1干渉信号成分SG1の包絡波形36の第1ピーク位置P1との相対位置を安定させ事前に求めることができると共に、第2干渉信号成分SG2の干渉波形のピーク位置uと、第2干渉信号成分SG2の包絡波形36の第2ピーク位置P2との相対位置を安定させ事前に求めることができる。このため、干渉信号SGを解析して2個のピーク位置uを検出することで、第1干渉信号成分SG1の包絡波形36の第1ピーク位置P1と、第2干渉信号成分SG2の包絡波形36の第2ピーク位置P2と、を検出できる。
一方、図7の符号35B(下段)は、測定光L1及び参照光L2として、各繰り返し周波数frep1,frep2及びオフセット周波数fceoが精度良く制御されていないモードロックレーザ光を用いた場合の干渉波形である。この場合には、第1干渉信号成分SG1の干渉波形のピーク位置uと、第1干渉信号成分SG1の包絡波形36の第1ピーク位置P1との相対位置は安定せず事前に求めることは出来ず、且つ第2干渉信号成分SG2の干渉波形のピーク位置uと、第2干渉信号成分SG2の包絡波形36の第2ピーク位置P2との相対位置は安定せず事前に求めることは出来ない。このため、干渉信号SGを周波数解析して2個のピーク位置uを検出したとしても、各ピーク位置P1,P2との間には誤差があるため、各ピーク位置uから絶対距離Dを精度良く求められない。
On the other hand,
そこで、信号処理部27は、干渉信号SGの干渉波形(信号波形)に基づき、干渉信号SGの包絡波形36を生成する。この包絡波形36には、第1干渉信号成分SG1及び第2干渉信号成分SG2の双方の包絡波形36が含まれる。そして、信号処理部27は、生成した包絡波形36から第1干渉信号成分SG1に対応する第1ピーク位置P1と、第2干渉信号成分SG2に対応する第2ピーク位置P2とを個別に検出して、絶対距離Dを求める。
Therefore, the
図8は、信号処理部27の機能を説明するための説明図である。図8に示すように、信号処理部27は、包絡波形生成部41と、ピーク位置検出部42と、距離決定部43として機能する。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the function of the
包絡波形生成部41は、デジタイザ26から入力される干渉信号SGに基づき、干渉信号SGの包絡波形36を生成する。以下、包絡波形36の生成について詳細に説明する。
The envelope waveform generation unit 41 generates an
図9は、包絡波形生成部41による包絡波形36の生成を説明するための説明図である。図10は、包絡波形生成部41による包絡波形36の生成処理の流れを示すフローチャートである。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining generation of the
図9の上段及び図10に示すように、包絡波形生成部41は、干渉信号SGをヒルベルト変換して、元の干渉信号SGに対して90°の位相差を持った変換信号STを生成する(ステップS1)。なお、ヒルベルト変換の具体的な手法については公知技術であるので、ここでは具体的な説明は省略する。 As shown in the upper part of FIG. 9 and FIG. 10, the envelope waveform generation unit 41 performs a Hilbert transform on the interference signal SG and generates a converted signal ST having a phase difference of 90 ° with respect to the original interference signal SG. (Step S1). In addition, since the specific method of Hilbert transform is a well-known technique, specific description is abbreviate | omitted here.
また、包絡波形生成部41は、ヒルベルト変換による変換信号STの時間的な遅延に応じて干渉信号SGを遅延させた遅延信号SDを生成する(ステップS2)。 Further, the envelope waveform generation unit 41 generates a delayed signal SD obtained by delaying the interference signal SG according to the temporal delay of the converted signal ST by the Hilbert transform (step S2).
そして、包絡波形生成部41は、生成した変換信号ST及び遅延信号SDをそれぞれ二乗した後(ステップS3及びステップS4)、二乗された信号同士を足し合わせる(ステップS5)。 Then, the envelope waveform generation unit 41 squares the generated conversion signal ST and delay signal SD (step S3 and step S4), and then adds the squared signals (step S5).
次いで、包絡波形生成部41は、ステップS5にて足し合わせた信号の平方根を求める(ステップS6)。これにより、図9の下段に示すように、干渉信号SGの包絡波形36、すなわち第1干渉信号成分SG1及び第2干渉信号成分SG2の双方の包絡波形36が生成される(ステップS7)。
Next, the envelope waveform generation unit 41 obtains the square root of the signal added in step S5 (step S6). As a result, as shown in the lower part of FIG. 9, an
図8に戻って、ピーク位置検出部42は、干渉信号SG(第1干渉信号成分SG1及び第2干渉信号成分SG2)の包絡波形36から、第1ピーク位置P1と第2ピーク位置P2とをそれぞれ検出する。例えば、ピーク位置検出部42は、包絡波形36の波形解析を行って包絡波形36内の2箇所の極大値を検出することにより、第1ピーク位置P1及び第2ピーク位置P2を検出する。なお、波形解析により極大値を検出する方法は公知技術であり、公知の各種方法を採用してもよい。
Returning to FIG. 8, the peak position detector 42 calculates the first peak position P1 and the second peak position P2 from the
また、ピーク位置検出部42は、例えば干渉信号SGのサンプリング間隔が長く設定されている等の理由により、包絡波形36の各ピーク位置P1,P2にそれぞれ対応する部分のデータ(点)の間隔があいている場合、個々のデータの間の値を内挿(補間)してもよい。そして、ピーク位置検出部42は、各ピーク位置P1,P2の検出結果を距離決定部43へ出力する。
Further, the peak position detection unit 42 has data (point) intervals corresponding to the peak positions P1 and P2 of the
距離決定部43は、ピーク位置検出部42から入力された各ピーク位置P1,P2の検出結果と、周波数カウンタ25から入力された繰り返し周波数検出結果(frep1,frep2)とに基づき、基準面17aから測定対象物9までの絶対距離Dを決定する。
Based on the detection results of the peak positions P1 and P2 input from the peak position detection unit 42 and the repetition frequency detection results (f rep1 and f rep2 ) input from the
具体的に距離決定部43は、ピーク位置検出部42から入力された各ピーク位置P1,P2の検出結果に基づき、第1ピーク位置P1と第2ピーク位置P2との間のサンプリング数ΔN(図6参照)を求める。このサンプリング数ΔNは、既述の通り絶対距離Dを示す値である。
Specifically, the
また、距離決定部43は、周波数カウンタ25から入力された繰り返し周波数検出結果に基づき、「サンプリング数」を実際の「距離」に換算するための換算係数[c/frep1−c/frep2](m/Sample)を求める。なお、光速cは光が通過する媒質の屈折率により変化するため、補正する必要がある。例えば、光波測長機においては気温、気圧、湿度を測定することにより空気の屈折率を求め、光速を補正することにより幾何学的距離に対する測長精度を向上させている。
In addition, the
距離決定部43は、先に検出したサンプリング数ΔNを上記換算係数で距離に換算することより、絶対距離Dを決定する。以上で絶対距離Dの測定が完了する。距離決定部43は、絶対距離Dの測定結果を表示部28と記憶部29とにそれぞれ出力する。これにより、表示部28による絶対距離Dの測定結果の表示と、記憶部29による絶対距離Dの測定結果の記憶とが実行される。
The
[距離測定装置の作用]
図11は、上記構成の距離測定装置10による測定対象物9までの絶対距離Dの測定処理(本発明の距離測定方法)の流れを示すフローチャートである。
[Operation of distance measuring device]
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the measurement process (the distance measurement method of the present invention) of the absolute distance D to the
図11に示すように、ユーザが測定対象物9を距離測定装置10の所定の位置にセットした後、不図示の操作部にて測定開始操作を行うと、モードロックレーザ光源12,13がそれぞれ作動する。これにより、モードロックレーザ光源12から第1繰り返し周波数frep1の測定光L1が出射されると共に、モードロックレーザ光源13から第2繰り返し周波数frep2の参照光L2が出射される(ステップS10、本発明の第1出射ステップ及び第2出射ステップに相当)。
As shown in FIG. 11, when the user sets the
モードロックレーザ光源12から出射された測定光L1は、カプラ15にて2分割され、一方がファイバサーキュレータ16を経てセンサヘッド17に入力されると共に、他方が光電変換器21に入力される。
The measurement light L1 emitted from the mode-locked
センサヘッド17に入力された測定光L1の一部は、基準面17aで反射されると共に、測定光Lの残りはセンサヘッド17から測定対象物9に向けて出射され、測定対象物9にて反射されてセンサヘッド17に入射する。これにより、測定対象物9にて反射された第1反射光R1と、基準面17aにて反射された第2反射光R2とが、センサヘッド17からファイバサーキュレータ16を経てカプラ19に入力される。
A part of the measurement light L1 input to the
一方、モードロックレーザ光源13から出射された参照光L2は、カプラ18にて2分割され、一方がカプラ19に入力されると共に、他方が光電変換器22に入力される。
On the other hand, the reference light L 2 emitted from the mode-locked
カプラ19に入力された第1反射光R1、第2反射光R2、及び参照光L2はカプラ19にて合波されて干渉信号SGとなる。この干渉信号SGは、カプラ19にて2分割された後、差動光電変換器20に向けて出射される。これにより、干渉信号SGが差動光電変換器20により検出されて電気信号(差動信号)に変換された後、差動光電変換器20からデジタイザ26に向けて出力される(ステップS11、本発明の干渉信号検出ステップに相当)。
The first reflected light R1, the second reflected light R2, and the reference light L2 input to the
測定光L1の入力を受けた光電変換器21は、測定光L1を光電変換し、測定光L1の検出信号MG1をミキサ23と周波数カウンタ25とにそれぞれ出力する。また、参照光L2の入力を受けた光電変換器22は、参照光L2を光電変換し、参照光L2の検出信号MG2をミキサ23と周波数カウンタ25とデジタイザ26とにそれぞれ出力する。
Upon receiving the measurement light L1, the
検出信号MG1,MG2の入力を受けたミキサ23は、既述の和の周波数を有する信号と、差の周波数を有する信号とを生成して、両信号をローパスフィルタ24へ出力する。そして、ローパスフィルタ24からデジタイザ26に向けて、差の周波数[|frep1−frep2|](Hz)を有する信号のみがトリガ信号として出力される。
Receiving the detection signals MG1 and MG2, the
また、検出信号MG1,MG2の入力を受けた周波数カウンタ25は、検出信号MG1から測定光L1の第1繰り返し周波数frep1を検出すると共に、検出信号MG2から参照光L2の第2繰り返し周波数frep2を検出する。そして、周波数カウンタ25は、繰り返し周波数検出結果を信号処理部27の距離決定部43へ出力する。
Further, the
デジタイザ26は、ローパスフィルタ24から入力されるトリガ信号と、光電変換器22からサンプリングクロックとして入力される検出信号MG2の周波数「frep2」(Hz)とに基づき、差動光電変換器20から入力される干渉信号SGのサンプリング及びデジタイズを行う。これにより、デジタイザ26にトリガ信号が入力される毎に、デジタイザ26から信号処理部27に向けてデジタイズされた干渉信号SGが出力される。
The
デジタイザ26から干渉信号SGの入力を受けた包絡波形生成部41は、既述の図9及び図10のステップS1〜S7で説明したように、ヒルベルト変換を用いて干渉信号SGの包絡波形36を生成する(ステップS12、本発明の包絡波形生成ステップに相当)。
The envelope waveform generation unit 41 that has received the input of the interference signal SG from the
次いで、ピーク位置検出部42は、包絡波形36内の各ピーク位置P1,P2にそれぞれ対応する部分において必要に応じて内挿(補間)を行った後(ステップS13,S14)、包絡波形36の波形解析を行って包絡波形36内の2箇所の極大値を検出する。これにより、ピーク位置検出部42によって、既述の図6に示した第1ピーク位置P1及び第2ピーク位置P2が検出され、各ピーク位置P1,P2の検出結果が距離決定部43へ出力される(ステップS15,S16、本発明のピーク位置検出ステップに相当)。
Next, the peak position detection unit 42 performs interpolation (interpolation) as necessary at portions corresponding to the peak positions P1 and P2 in the envelope waveform 36 (steps S13 and S14), and then Waveform analysis is performed to detect two maximum values in the
各ピーク位置P1,P2の検出結果及び繰り返し周波数検出結果の入力を受けた距離決定部43は、前者から第1ピーク位置P1と第2ピーク位置P2との間のサンプリング数ΔN(図6参照)を求め(ステップS17)、後者から既述の換算係数[c/frep1−c/frep2](m/Sample)を求める。なお、換算係数については、周波数カウンタ25から繰り返し周波数検出結果の入力を受けた時点で求めてもよい。
The
次いで、距離決定部43は、サンプリング数ΔNを上記換算係数で距離に換算することで、絶対距離Dを決定する(ステップS18,本発明の距離決定ステップに相当)。以上で絶対距離Dの測定が完了する。そして、距離決定部43は、絶対距離Dの距離測定結果を表示部28と記憶部29とにそれぞれ出力する(ステップS19)。これにより、絶対距離Dの測定結果が表示部28に表示されると共に、記憶部29に記憶される。
Next, the
[本実施形態の効果]
以上のように本実施形態の距離測定装置10は、基準面17aにて反射された第1反射光R1と、測定対象物9にて反射された第2反射光R2と、参照光L2との干渉信号の包絡波形36を生成し、この包絡波形36から各ピーク位置P1,P2を検出することで、基準面17aを基準とした測定対象物9までの絶対距離Dを測定できる。このため、本実施形態では、光周波数コムを用いることなく、絶対距離Dの測定が可能となる。これにより、モードロックレーザ光のオフセット周波数及び繰り返し周波数を精度良く制御するための構成が不要となると共に、光周波数コムを用いる場合のように超高周波の電気信号を扱う必要がなくなるため、距離測定装置10が低コスト且つコンパクトな構成になる。また、距離測定装置10は、干渉計の構成を採用しているので、高精度な距離測定が可能となる。さらに、距離測定装置10は、多波長干渉計の構成を採用する必要がないので、長レンジの測定にも対応できる。その結果、長レンジ且つ高精度の距離測定を低コストかつコンパクトな構成で実施できる。
[Effect of this embodiment]
As described above, the
また、本実施形態では、センサヘッド17の基準面17aで測定光L1の一部を反射させているので、この基準面17aを基準位置とした距離測定が可能になる。これにより、高精度な距離測定が可能となる。
In the present embodiment, since a part of the measurement light L1 is reflected by the
[その他]
上記実施形態では、測定光L1の一部をセンサヘッド17の基準面17aで反射することにより第2反射光R2を生成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えばカプラ15から出力された測定光L1の光路中に測定光L1を2分割するプリズムを設け、測定光L1の一方をセンサヘッド17に向けて出力し、測定光L1の他方をミラー及びコーナキューブプリズム等の反射体に向けて出射することで、第1反射光R1及び第2反射光R2を生成してもよい。
[Others]
In the said embodiment, although 2nd reflected light R2 is produced | generated by reflecting a part of measurement light L1 with the
上記実施形態では、光ファイバケーブルF1〜F9を用いた距離測定装置10を例に挙げて説明したが、他の導光部材を用いる装置或いは導光部材を用いない装置にも本発明を適用することができる。また、距離測定装置10に設けられているカプラ15,18,19、ファイバサーキュレータ16、センサヘッド17、差動光電変換器20、光電変換器21,22、ミキサ23、ローパスフィルタ24、周波数カウンタ25、デジタイザ26、及び信号処理部27等についても同等の機能を有するもので置換してもよい。さらに、ミキサ23、ローパスフィルタ24、周波数カウンタ25、デジタイザ26、及び信号処理部27のうちの複数が一体化されていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、測定光L1及び参照光L2としてモードロックレーザ光を用いているが、光周波数コムを用いた場合であっても同様に距離測定を行うことができる。 In the above embodiment, mode-locked laser light is used as the measurement light L1 and the reference light L2. However, distance measurement can be similarly performed even when an optical frequency comb is used.
本発明は、測定対象物9までの絶対距離Dを測定するだけでなく、例えば絶対距離Dの測定結果に基づき測定対象物9の形状を測定する形状測定装置などのように、絶対距離Dの測定結果に基づき各種測定(計測)を行う装置にも適用可能である。
The present invention not only measures the absolute distance D to the
9…測定対象物,10…距離測定装置,12,13…モードロックレーザ光源,17…センサヘッド,17a…基準面,20…差動光電変換器,21,22…光電変換器,25…周波数カウンタ,26…デジタイザ,27…信号処理部,36…包絡波形,41…包絡波形生成部,42…ピーク位置検出部,43…距離決定部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1繰り返し周波数とは異なる第2繰り返し周波数の参照光を出射する第2光源と、
前記基準面にて反射された前記測定光の第1反射光と、前記測定対象物にて反射された前記測定光の第2反射光と、前記第2光源から出射された前記参照光と、の干渉信号を検出する干渉信号検出部と、
前記干渉信号検出部が検出した前記干渉信号の包絡波形を生成する包絡波形生成部と、
前記包絡波形生成部が生成した前記包絡波形から、第1反射光及び前記参照光の第1干渉信号成分に対応する第1ピーク位置と、第2反射光及び前記参照光の第2干渉信号成分に対応する第2ピーク位置とを検出するピーク位置検出部と、
前記ピーク位置検出部が検出した前記第1ピーク位置及び前記第2ピーク位置に基づき、前記基準面を基準とした前記測定対象物までの距離を決定する距離決定部と、
を備える距離測定装置。 A first light source that emits measurement light having a first repetition frequency, the first light source that emits the measurement light incident on a reference surface and a measurement object, and
A second light source that emits reference light having a second repetition frequency different from the first repetition frequency;
A first reflected light of the measurement light reflected by the reference surface, a second reflected light of the measurement light reflected by the measurement object, and the reference light emitted from the second light source, An interference signal detector for detecting the interference signal of
An envelope waveform generation unit that generates an envelope waveform of the interference signal detected by the interference signal detection unit;
From the envelope waveform generated by the envelope waveform generation unit, a first peak position corresponding to the first interference signal component of the first reflected light and the reference light, and the second interference signal component of the second reflected light and the reference light A peak position detector for detecting a second peak position corresponding to
A distance determination unit that determines a distance to the measurement object based on the reference plane based on the first peak position and the second peak position detected by the peak position detection unit;
A distance measuring device comprising:
前記距離決定部は、前記ピーク位置検出部が検出した前記第1ピーク位置及び第2ピーク位置との差分と、前記繰り返し周波数取得部が取得した前記第1繰り返し周波数及び前記第2繰り返し周波数とに基づき、前記距離の決定を行う請求項1から3のいずれか1項に記載の距離測定装置。 A repetition frequency acquisition unit that acquires the first repetition frequency of the measurement light and the second repetition frequency of the reference light, respectively.
The distance determination unit includes a difference between the first peak position and the second peak position detected by the peak position detection unit, and the first repetition frequency and the second repetition frequency acquired by the repetition frequency acquisition unit. The distance measuring device according to claim 1, wherein the distance is determined based on the distance.
前記基準面は、前記センサヘッドの前記端面である請求項1から5のいずれか1項に記載の距離測定装置。 It has an end surface that reflects a part of the measurement light input from the first light source, and the rest of the measurement light is emitted toward the measurement object and reflected by the measurement object. An end face reflection type sensor head on which the first reflected light is incident;
The distance measuring device according to claim 1, wherein the reference surface is the end surface of the sensor head.
前記第1繰り返し周波数とは異なる第2繰り返し周波数の参照光を第2光源から出射する第2出射ステップと、
前記基準面にて反射された前記測定光の第1反射光と、前記測定対象物にて反射された前記測定光の第2反射光と、前記第2光源から出射された前記参照光と、の干渉信号を検出する干渉信号検出ステップと、
前記干渉信号検出ステップで検出した前記干渉信号の包絡波形を生成する包絡波形生成ステップと、
前記包絡波形生成ステップで生成した前記包絡波形から、第1反射光及び前記参照光の第1干渉信号成分に対応する第1ピーク位置と、第2反射光及び前記参照光の第2干渉信号成分に対応する第2ピーク位置とを検出するピーク位置検出ステップと、
前記ピーク位置検出ステップで検出した前記第1ピーク位置及び第2ピーク位置に基づき、前記基準面を基準とした前記測定対象物までの距離を決定する距離決定ステップと、
を有する距離測定方法。 A first emission step of emitting measurement light having a first repetition frequency from a first light source and causing the measurement light to enter a reference surface and a measurement object, respectively;
A second emission step of emitting a reference light having a second repetition frequency different from the first repetition frequency from the second light source;
A first reflected light of the measurement light reflected by the reference surface, a second reflected light of the measurement light reflected by the measurement object, and the reference light emitted from the second light source, An interference signal detection step of detecting an interference signal of
An envelope waveform generation step for generating an envelope waveform of the interference signal detected in the interference signal detection step;
From the envelope waveform generated in the envelope waveform generation step, a first peak position corresponding to the first interference signal component of the first reflected light and the reference light, and the second interference signal component of the second reflected light and the reference light A peak position detecting step for detecting a second peak position corresponding to
A distance determining step for determining a distance to the measurement object based on the reference plane based on the first peak position and the second peak position detected in the peak position detecting step;
A distance measuring method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017066103A JP2018169265A (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Distance measuring device and distance measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017066103A JP2018169265A (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Distance measuring device and distance measuring method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018169265A true JP2018169265A (en) | 2018-11-01 |
Family
ID=64017872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017066103A Pending JP2018169265A (en) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | Distance measuring device and distance measuring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018169265A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021060312A (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | Analyzer, method for analysis, interference measurement system, and program |
WO2022163116A1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 三菱重工業株式会社 | Movement prediction device |
CN116009011A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-25 | 合肥国家实验室 | Radar detection method and related device |
JP2023524907A (en) * | 2020-06-22 | 2023-06-13 | クオンタム ヴァリー アイデアズ ラボラトリーズ | Measurement of wavelength of light |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010014549A (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Optical Comb Inc | Range finder, range finding method, and optical three-dimensional shape measuring machine |
US20110285980A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Newbury Nathan R | Optical frequency comb-based coherent lidar |
JP2013178169A (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Neoark Corp | Optical heterodyne distance meter |
US20150070685A1 (en) * | 2012-01-30 | 2015-03-12 | Karlsruher Institut für Technologie | Multiscale distance measurement with frequency combs |
JP2016048188A (en) * | 2014-08-27 | 2016-04-07 | 国立大学法人電気通信大学 | Distance measuring apparatus |
-
2017
- 2017-03-29 JP JP2017066103A patent/JP2018169265A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010014549A (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Optical Comb Inc | Range finder, range finding method, and optical three-dimensional shape measuring machine |
US20110285980A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Newbury Nathan R | Optical frequency comb-based coherent lidar |
US20150070685A1 (en) * | 2012-01-30 | 2015-03-12 | Karlsruher Institut für Technologie | Multiscale distance measurement with frequency combs |
JP2013178169A (en) * | 2012-02-28 | 2013-09-09 | Neoark Corp | Optical heterodyne distance meter |
JP2016048188A (en) * | 2014-08-27 | 2016-04-07 | 国立大学法人電気通信大学 | Distance measuring apparatus |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
TZE-AN LIU, NATHAN R. NEWBURY, AND IAN CODDINGTON: ""Sub-micron absolute distance measurements in sub-millisecond times with dual free-running femtoseco", OPTICS EXPRESS, vol. 19, no. 19, JPN6021005675, 7 September 2011 (2011-09-07), pages 18501 - 18509, ISSN: 0004583315 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021060312A (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 株式会社ミツトヨ | Analyzer, method for analysis, interference measurement system, and program |
JP7296844B2 (en) | 2019-10-08 | 2023-06-23 | 株式会社ミツトヨ | Analysis device, analysis method, interference measurement system, and program |
JP2023524907A (en) * | 2020-06-22 | 2023-06-13 | クオンタム ヴァリー アイデアズ ラボラトリーズ | Measurement of wavelength of light |
WO2022163116A1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 三菱重工業株式会社 | Movement prediction device |
CN116009011A (en) * | 2023-03-22 | 2023-04-25 | 合肥国家实验室 | Radar detection method and related device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018169265A (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
WO2014203654A1 (en) | Distance measurement device, shape measurement device, processing system, distance measurement method, shape measurement method, and processing method | |
JP2014202716A (en) | Distance measuring device | |
KR101544962B1 (en) | Transmission-type Interference Apparatus using Optical Fibers for Measuring Geometrical Thickness and Refractive index | |
US11294040B1 (en) | Time-of-interference light detection and ranging apparatus | |
JP6269334B2 (en) | Multipoint distance measuring device and shape measuring device | |
JP2007212427A (en) | Optical frequency detecting apparatus, optical spectrum analyzer and optical signal processor | |
EP3879222A1 (en) | Optical interference measurement apparatus | |
US11520023B2 (en) | High-speed time-of-interference light detection and ranging apparatus | |
JP2015163863A (en) | Multipoint distance measuring device and method, and shape measuring device | |
WO2019224982A1 (en) | Optical distance measurement device and processing device | |
JP2017133869A (en) | Thickness measuring device and thickness measuring method | |
JP2017078677A (en) | Distance measurement device and method thereof | |
JP4998738B2 (en) | Dimension measuring apparatus and dimension measuring method | |
US10386466B2 (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
JP2021517254A (en) | Digitizer for optical coherence tomography equipment | |
KR20210149575A (en) | Ultrafast camera system and measurement method thereof | |
JP2021143938A (en) | Optical interference measuring device | |
JP7115375B2 (en) | Ranging device and ranging method | |
JP2016148539A (en) | OCT device | |
US11892566B1 (en) | Multiplexed light detection and ranging apparatus | |
JP7380382B2 (en) | range finder | |
EP0307960A2 (en) | Optical heterodyne detector | |
CN116659398A (en) | Wafer surface shape measurement system and measurement method based on wafer surface shape measurement system | |
US20240103173A1 (en) | Multiplexed Light Detection and Ranging Apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200312 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210203 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210219 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210901 |