JP2020148587A - 光コヒーレントセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
21、22、23、121、122、123 偏光ビームスプリッタ(PBS)
30、130 λ/4板
40、140 ミラー
50、150、230 周波数シフタ
60、160、260 光電変換器
70 増幅器
80 周波数弁別器
100 干渉信号生成部
170、270、370 バンドパスフィルタ(BPF)
180、280、380 アナログ・ディジタル変換器(ADC)
200 位相変動信号生成部
210 分岐部
240 遅延部
250 合波部
300 発振信号生成部
310 発振器
400 信号処理部
410、420 位相抽出部
412、422、482 ヒルベルト変換器
414、424 ミキサー
416、426、470 ローパスフィルタ(LPF)
418、428 アンラッパー
430 加算器
432、434 微分器
440 可変フィルタ
460 乗算器
480 速度検出部
Claims (7)
- 連続光を生成し、
前記連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、
前記参照光を第1の参照光及び第2の参照光に2分岐し、及び、
前記プローブ光が測定対象物で散乱した散乱光と、前記第1の参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成する
干渉信号生成部と、
前記第2の参照光の位相変動を示す位相変動信号を生成する
位相変動信号生成部と、
前記干渉信号と、前記位相変動信号から、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて、前記連続光の位相雑音を相殺することにより、前記散乱光の位相変化を検出する信号処理部と
を備えることを特徴とする光コヒーレントセンサ。 - 発振周波数Δfの発振信号を生成する発振信号生成部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光コヒーレントセンサ。
- 前記信号処理部は、
第1の位相抽出部と、
第2の位相抽出部と、
第1の微分器と、
可変フィルタと、
加算器と、
第2の微分器と、
乗算器と
ローパスフィルタと
を備え、
前記第1の位相抽出部は、前記干渉信号から前記散乱光の位相変化及び前記連続光の位相成分を抽出して、第1の位相信号を生成し、
前記第2の位相抽出部は、前記位相変動信号から前記連続光の位相成分を抽出して、第2の位相信号を生成し、
前記第1の微分器は、前記第2の位相信号に含まれる位相成分の時間変化を取得し、
前記第1の微分器の出力は、前記可変フィルタに送られ、
前記加算器は、前記第1の位相信号と、前記可変フィルタの出力との差分を差分信号として出力し、
前記可変フィルタは、前記差分信号の分散を小さくするように動作し、
前記第2の微分器及び前記乗算器は、前記差分信号の位相成分の時間変化率を取得し、
前記ローパスフィルタは、前記連続光の位相成分を除去する
ことを特徴とする請求項2に記載の光コヒーレントセンサ。 - 前記第1の位相抽出部は、
前記干渉信号を複素数の信号である第1の複素数信号に変換する第1のヒルベルト変換器と、
前記第1の複素数信号と、前記発振周波数信号を複素数の信号に変換して得られた第3の複素数信号を乗算する第1のミキサーと、
前記第1のミキサーの出力から、直流近傍の周波数成分を抽出する第1のローパスフィルタと、
前記第1のローパスフィルタの出力の位相成分を抽出する第1のアンラッパーと
を備え、
前記第2の位相抽出部は、
前記位相変動信号を複素数の信号である第2の複素数信号に変換する第2のヒルベルト変換器と、
前記第2の複素数信号と、前記第3の複素数信号を乗算する第2のミキサーと、
前記第2のミキサーの出力から、直流近傍の周波数成分を抽出する第2のローパスフィルタと、
前記第2のローパスフィルタの出力の位相成分を抽出する第2のアンラッパーと
を備える
ことを特徴とする請求項3に記載の光コヒーレントセンサ。 - 前記干渉信号生成部は、
連続光光源と、
第1〜第3の偏光ビームスプリッタと、
λ/4板と、
周波数シフタと、
光電変換器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記連続光光源は、前記連続光を生成し、
前記第1の偏光ビームスプリッタは、前記連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、
前記第2の偏光ビームスプリッタは、前記プローブ光を前記λ/4板を経て前記測定対象物に送り、かつ、前記測定対象物からの散乱光を前記λ/4板を経て受け取り、前記第3の偏光ビームスプリッタに送り、
前記周波数シフタは、前記第1の参照光に前記発振周波数Δfの周波数シフトを与えた後、前記第3の偏光ビームスプリッタに送り、
前記第3の偏光ビームスプリッタは、前記散乱光と周波数シフトを受けた前記第1の参照光を干渉させて干渉光を生成し、
前記光電変換器は、前記干渉光を光電変換して干渉電気信号を生成し、
前記バンドパスフィルタは、前記干渉電気信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記アナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して前記干渉信号を得る
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光コヒーレントセンサ。 - 前記位相変動信号生成部は、
分岐部と、
周波数シフタと、
遅延部と、
合波部と、
光電変換器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記分岐部は、前記第2の参照光を第1光路及び第2光路に2分岐し、
前記位相変動信号生成部の周波数シフタは、前記第1光路に設けられ、前記第1光路を伝播する光に前記発振周波数Δfの周波数シフトを与え、
前記遅延部は、前記第2光路に設けられ、前記第2光路を伝播する光に遅延を与え、
前記合波部は、前記第1光路及び前記第2光路を伝播する光を合波して合波光を生成し、
前記位相変動信号生成部の光電変換器は、前記合波光を光電変換して電気信号を生成し、
前記位相変動信号生成部のバンドパスフィルタは、前記電気信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記位相変動信号生成部のアナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して位相変動信号を得る
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の光コヒーレントセンサ。 - 前記発振信号生成部は、
発振器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記発振器は、周波数Δfの正弦波である、発振信号を生成し、
前記発振信号は、3分岐されて、それぞれ、前記干渉信号生成部、前記位相変動信号生成部、及び前記発振信号生成部のバンドパスフィルタに送られ、
前記発振信号生成部のバンドパスフィルタは、前記発振信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記発振信号生成部のアナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して発振周波数信号を得る
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の光コヒーレントセンサ。
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