JP2022034379A - 測定装置および測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る測定装置100の構成例を計測対象物10と共に示す図である。測定装置100は、当該測定装置100および計測対象物10の間の距離を光学的に測定する。また、測定装置100は、計測対象物10に照射するレーザ光の位置を走査して、計測対象物10の三次元的な形状を計測してもよい。測定装置100は、レーザ装置110と、分岐部120と、光サーキュレータ130と、光ヘッド部140と、ビート信号発生部150と、周波数解析部160と、算出部170と、表示部180と、記憶部190とを備える。
図2は、本実施形態に係るレーザ装置110の構成例を示す。図2のレーザ装置110は、周波数シフト帰還レーザの一例を示す。レーザ装置110は、レーザ共振器を有し、当該レーザ共振器内でレーザ光を発振させる。レーザ装置110のレーザ共振器は、周波数シフタ112と、増幅媒体114と、WDMカプラ116と、ポンプ光源117と、出力カプラ118とを含むレーザ共振器を有する。
本実施形態に係る測定装置100は、(数3)式で示すような周波数成分を出力するレーザ装置110を用いて、光ヘッド部140および計測対象物10の間の距離dを測定する。ここで、参照光および反射光の間の光路差が、距離dを往復した距離2dだけであり、距離2dに対応する伝搬遅延をΔtとする。即ち、時刻tにおいて、測定光が計測対象物10から反射して戻ってきた場合、戻ってきた反射光は、時刻tよりも時間Δtだけ過去の周波数と略一致するので、次式で示すことができる。
以上の測定装置100は、光ヘッド部140から計測対象物10に向けて測定光を照射するが、光ヘッド部140の測定光を出射する出射端面で反射光が発生してしまうことがある。例えば、測定光を光ファイバから出射している場合、当該ファイバの端面で反射光が生じることがある。また、光ヘッド部140がコリメータレンズ、集光レンズ等の光学レンズを用いて測定光を出射している場合、測定光が入射するレンズの表面で反射光が生じることがある。本実施形態において、このような反射光を端面反射光とする。
以上の本実施形態における測定装置100は、計測対象物10がない状態においてビート信号発生部150が出力した基準信号を周波数信号に変換した信号を基準周波数信号として記憶する例を説明した。ここで、測定装置100は、計測対象物10に周波数変調レーザ光を照射する状態と照射しない状態とを容易に切り換えられるように構成されていてもよい。このような測定装置100について次に説明する。
100 測定装置
110 レーザ装置
112 周波数シフタ
114 増幅媒体
116 WDMカプラ
117 ポンプ光源
118 出力カプラ
120 分岐部
130 光サーキュレータ
140 光ヘッド部
150 ビート信号発生部
152 光90度ハイブリッド
154 第1光電変換部
156 第2光電変換部
160 周波数解析部
162 第1フィルタ部
164 第2フィルタ部
170 算出部
180 表示部
190 記憶部
202 第1AD変換器
204 第2AD変換器
210 クロック信号供給部
220 信号処理部
310 シャッター部
320 制御部
Claims (6)
- 周波数変調レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置が出力する前記周波数変調レーザ光の一部を参照光とし、残りの少なくとも一部を測定光として、前記周波数変調レーザ光を分岐させる分岐部と、
前記測定光を計測対象物に照射して反射された反射光と、前記参照光とを混合してビート信号を発生させるビート信号発生部と、
前記ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
前記計測対象物がない状態において前記ビート信号発生部が出力した基準信号を周波数信号に変換した基準周波数信号を記憶する記憶部と、
前記周波数解析部が前記ビート信号を周波数解析した結果に基づき、前記参照光と前記測定光との伝搬距離の差を算出する算出部と
を備え、
前記周波数解析部は、前記ビート信号を周波数信号に変換した後の信号レベルから前記基準周波数信号の信号レベルを周波数毎に差し引いてから前記ビート信号の周波数を特定する、測定装置。 - 前記ビート信号発生部は、前記測定光を出射する出射端面から反射された端面反射光と前記参照光とが混合して発生する基準ビート信号を含む信号を前記基準信号として出力する、請求項1に記載の測定装置。
- 前記出射端面と前記計測対象物との間に設けられており、前記出射端面から前記計測対象物に前記測定光が照射することを遮断可能なシャッター部と、
前記シャッター部を制御して、前記参照光と前記測定光との伝搬距離の差を算出する場合は前記シャッター部を開けて前記測定光を前記計測対象物に照射させ、前記基準周波数信号を取得する場合は前記シャッター部を閉じて前記測定光を遮断する制御部と
を更に備える、
請求項2に記載の測定装置。 - 前記制御部は、予め定められた時間が経過したことに応じて前記シャッター部を閉じて前記測定光を遮断し、前記周波数解析部が変換した周波数信号を記憶部に記憶して前記基準周波数信号を更新させる、請求項3に記載の測定装置。
- 計測対象物までの距離を測定する測定装置の測定方法であって、
周波数変調レーザ光を出力するステップと、
前記周波数変調レーザ光の一部を参照光とし、残りの少なくとも一部を測定光として、前記周波数変調レーザ光を分岐させるステップと、
前記計測対象物がない状態において、前記測定光を出射する出射端面から反射された端面反射光と、前記参照光とを混合して基準ビート信号を含む信号を基準信号として出力するステップと、
前記基準信号を周波数信号に変換した情報を基準周波数信号として記憶するステップと、
前記測定光を前記計測対象物に照射して反射された反射光と、前記参照光とを混合して複数のビート信号を発生させるステップと、
前記ビート信号を周波数変換した周波数信号の信号レベルから前記基準周波数信号の信号レベルを周波数毎に差し引いた周波数信号を、周波数解析するステップと、
周波数解析した結果に基づき、前記参照光と前記測定光との伝搬距離の差を算出するステップと
を有する、測定方法。
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