JP2020085723A - 光学的測定装置及び測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(2) 前記演算処理部は、前記周波数の平均値から、前記対象物の運動に起因するドップラーシフトと速度を求めることを特徴とする、前記(1)記載の光学的測定装置。
(3) 前記演算処理部は、前記位相から前記ドップラーシフトの成分を除外した後、絶対値の平均値を求め、事前に校正した距離と位相の絶対値の平均値との比例関係を基に、前記対象物までの距離を算出することを特徴とする前記(1)又は(2)記載の光学的測定装置。
(4) 前記IQ検出部により検出した前記同相成分Iと前記直交成分Qを、デジタルIQ信号として取得する2チャンネルAD変換器を備え、前記デジタルIQ信号を前記演算処理部に入力して、前記デジタルIQ信号から前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、前記(1)乃至(3)のいずれか1項記載の光学的測定装置。
(5) 前記光検出器から発生する前記ビート信号をデジタルRF信号として取得する1チャンネルAD変換器を備え、前記IQ検出部は、前記デジタルRF信号から、前記同相成分Iと前記直交成分Qを検出し、前記演算処理部により、該同相成分Iと該直交成分Qから前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、前記(1)乃至(3)のいずれか1項記載の光学的測定装置。
(6) 前記周波数シフトは、前記同相成分Iと前記直交成分Qに含まれる周波数よりも大きいことを特徴とする、前記(1)乃至(5)のいずれか1項記載の光学的測定装置。
(7) 前記レーザの周波数変調信号は正弦波であることを特徴とする前記(1)乃至(6)のいずれか1項記載の光学的測定装置。
(8) 周波数変調したレーザの出力光を2分し、一方をプローブ光、他方を参照光とし、前記プローブ光又は前記参照光のいずれか一方に周波数シフトを与え、前記プローブ光を対象物に照射して、前記対象物からの散乱光と、前記参照光を合波して光検出器に入射し、前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求めた後、前記周波数から前記対象物の速度を算出する演算、又は前記位相から前記対象物までの距離を算出する演算の少なくともいずれかを実行することを特徴とする光学的測定方法。
(9) 前記周波数から前記対象物の速度を算出する前記演算は、前記周波数の平均値から、前記対象物の運動に起因するドップラーシフトと速度を算出することである、前記(8)記載の光学的測定方法。
(10) 前記位相から前記対象物までの距離を算出する演算は、前記位相から前記ドップラーシフトの成分を除外した後、絶対値の平均値を求め、事前に校正した距離と位相の絶対値の平均値との比例関係を基に、前記対象物までの距離を算出することである、前記(8)又は(9)記載の光学的測定方法。
(11) 前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求める際に、前記同相成分Iと前記直交成分Qを、デジタルIQ信号に変換して、該デジタルIQ信号から、前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、前記(8)乃至(10)のいずれか1項記載の光学的測定方法。
(12) 前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求める際に、前記ビート信号をデジタルRF信号に変換して、該デジタルRF信号から、前記同相成分Iと直交成分Qを検出し、該同相成分Iと該直交成分Qから、前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、前記(8)乃至(10)のいずれか1項記載の光学的測定方法。
本実施形態について、図1を参照して説明する。本実施形態では、周波数変調したレーザと、ヘテロダイン光学系と、光検出器と、IQ検出部の例であるIQ復調器と、2チャンネルAD変換器と、演算処理部の例であるIQ信号演算処理装置とを具備する装置を用いて、対象物までの距離と速度を測定する。
本実施形態について、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態に係る光学的測定装置の基本構成を説明する図である。本実施形態においては、第1の実施形態における、IQ復調器16と、2チャンネルAD変換器19と、IQ信号演算処理装置20の代わりに、1チャンネルAD変換器21と、ビート信号演算処理装置22とを用いる。光検出器14の出力を、1チャンネルAD変換器21に入力して、デジタルRF信号として、ビート信号演算処理装置22に入力する。ビート信号演算処理装置22においては、デジタルRF信号から、ビート信号の同相成分と直交成分を求めた後に、ビート信号の位相と周波数を計算する。位相と周波数から、対象物の速度と距離を算出する処理は、IQ信号演算処理装置20の場合と同様である。ここで、ビート信号演算処理装置は、デジタルRF信号から、同相成分Iと直交成分Qを検出するIQ検出部と、同相成分Iと直交成分Qからビート信号の位相と周波数を求めて、対象物の速度と距離を算出する演算処理部との両方の機能を実行する。
図4は、本発明に係る光学的測定装置の測定の精度を評価するための装置を説明する図である。図4の精度評価装置は、変調信号発生器1と、注入電流源2と、半導体レーザ3と、ヘテロダイン光学系5と、光検出器14と、ベクトル信号解析装置28と、演算処理装置29とを備える。変調信号発生器1の出力を、注入電流源2を介して、半導体レーザ3に入力し、出力光の周波数を変調する。半導体レーザ3の出力光を、光サーキュレータ7を介して、ヘテロダイン光学系5に入力する。
2 注入電流源
3 半導体レーザ
4 信号発生器
5 ヘテロダイン光学系
6a、6b ビームスプリッタ
7 光サーキュレータ
8 光周波数シフタ
9 反射鏡
10 参照光
11 プローブ光
12 散乱光
13 対象物
14 光検出器
15 ビート信号
16 IQ復調器
17 同相成分
18 直交成分
19 2チャンネルAD変換器
20 IQ信号演算処理装置
21 1チャンネルAD変換器
22 ビート信号演算処理装置
23 音響光学変調器
24 可変光遅延線
25a、25b ファラデー回転鏡
26 光位相シフタ
27 三角波信号発生器
28 ベクトル信号解析装置
29 演算処理装置
30 ホモダイン光学系
Claims (12)
- 周波数変調したレーザと、
光検出器と、
前記レーザの出力光を2分し、一方をプローブ光、他方を参照光とし、前記プローブ光又は前記参照光のいずれか一方に周波数シフトを与え、前記プローブ光を対象物に照射して、前記対象物からの散乱光と、前記参照光を合波して前記光検出器に入射するヘテロダイン光学系と、
前記光検出器から発生するビート信号の、同相成分Iと直交成分Qを検出するIQ検出部と、
前記同相成分Iと前記直交成分Qから、前記ビート信号の位相と周波数を求め、前記周波数から前記対象物の速度を算出する演算、又は、前記位相から前記対象物までの距離を算出する演算の少なくともいずれかを実行する演算処理部とを、
備えることを特徴とする光学的測定装置。 - 前記演算処理部は、前記周波数の平均値から、前記対象物の運動に起因するドップラーシフトと速度を求めることを特徴とする、請求項1記載の光学的測定装置。
- 前記演算処理部は、前記位相から前記ドップラーシフトの成分を除外した後、絶対値の平均値を求め、事前に校正した距離と位相の絶対値の平均値との比例関係を基に、前記対象物までの距離を算出することを特徴とする請求項1又は2記載の光学的測定装置。
- 前記IQ検出部により検出した前記同相成分Iと前記直交成分Qを、デジタルIQ信号として取得する2チャンネルAD変換器を備え、
前記デジタルIQ信号を前記演算処理部に入力して、前記デジタルIQ信号から前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項記載の光学的測定装置。 - 前記光検出器から発生する前記ビート信号をデジタルRF信号として取得する1チャンネルAD変換器を備え、
前記IQ検出部は、前記デジタルRF信号から、前記同相成分Iと前記直交成分Qを検出し、
前記演算処理部により、該同相成分Iと該直交成分Qから前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項記載の光学的測定装置。 - 前記周波数シフトは、前記同相成分Iと前記直交成分Qに含まれる周波数よりも大きいことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項記載の光学的測定装置。
- 前記レーザの周波数変調信号は正弦波であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の光学的測定装置。
- 周波数変調したレーザの出力光を2分し、一方をプローブ光、他方を参照光とし、前記プローブ光又は前記参照光のいずれか一方に周波数シフトを与え、前記プローブ光を対象物に照射して、前記対象物からの散乱光と、前記参照光を合波して光検出器に入射し、
前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求めた後、前記周波数から前記対象物の速度を算出する演算、又は前記位相から前記対象物までの距離を算出する演算の少なくともいずれかを実行することを特徴とする光学的測定方法。 - 前記周波数から前記対象物の速度を算出する前記演算は、前記周波数の平均値から、前記対象物の運動に起因するドップラーシフトと速度を算出することである、請求項8記載の光学的測定方法。
- 前記位相から前記対象物までの距離を算出する演算は、前記位相から前記ドップラーシフトの成分を除外した後、絶対値の平均値を求め、事前に校正した距離と位相の絶対値の平均値との比例関係を基に、前記対象物までの距離を算出することである、請求項8又は9記載の光学的測定方法。
- 前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求める際に、
前記同相成分Iと前記直交成分Qを、デジタルIQ信号に変換して、該デジタルIQ信号から、前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、請求項8乃至10のいずれか1項記載の光学的測定方法。 - 前記光検出器から発生するビート信号の同相成分Iと直交成分Qを検出し、前記同相成分Iと前記直交成分Qから、ビート信号の位相と周波数を求める際に、
前記ビート信号をデジタルRF信号に変換して、該デジタルRF信号から、前記同相成分Iと直交成分Qを検出し、該同相成分Iと該直交成分Qから、前記ビート信号の位相と周波数を求めることを特徴とする、請求項8乃至10のいずれか1項記載の光学的測定方法。
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