JP2022145269A - ライダー装置及びライダー制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の光検出器と単一のアナログ―デジタルコンバータのみを使用するＦＭコムライダーによるライダー装置及びライダー制御方法を提供する。【解決手段】光周波数コムを対象体に照射し、散乱光と光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出し、対象体までの距離を算出するライダー装置であって、光周波数コムのコムモード周波数は、時間に対して線形的に増加させる掃引と、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とが同時に行われ、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換を利用して各コムモード毎のライダー信号に分離し、各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、各コムモード毎のコムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正し、補正した各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて距離を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ライダー装置及びライダー制御方法に関し、特に、光周波数コムを利用したライダー装置及びライダー制御方法に関する。

「光検出と測距（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、ＬｉＤＡＲ）」は、レーザを対象体に照射して散乱光を検出し、対象体までの距離を計測する技術である。その手法の１つである周波数変調ＣＷライダー（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｗ ＬｉＤＡＲ、ＦＭＣＷ ＬｉＤＡＲ）は、周波数変調されたＣＷレーザを対象体に照射し、参照光と散乱光の干渉によって生じるビート信号の周波数を測定することによって対象体までの距離及び速度を検出する方法である。

図１６及び図１７を参照して、ＦＭＣＷライダーにより対象体までの距離を検出する方法を説明する。図１６に、従来のＦＭＣＷライダーによる距離測定装置１６０の構成の一例を示す。ＣＷレーザ光源装置１６０１から照射されたＣＷレーザ１６０９は、光方向性結合器１６０２において参照光１６１０と参照光１６１６とに分離される。参照光１６１０は、サーキュレータ１６０３を介して角度掃引機構１６０４に入射し、角度掃引機構１６０４によって角度αの方向へ照射される。照射された参照光１６１２は角度αの方向に位置する対象体１６０５によって散乱し、散乱光１６１３が角度掃引機構１６０４に入射する。角度掃引機構１６０４に入射した散乱光１６１３は、そのまま散乱光１６１４としてサーキュレータに入力され、散乱光１６１５として出力される。散乱光１６１５は、光方向性結合器１６０６によって、参照光１６１６と合流し出力光１６１７として出力される。出力光１６１７の干渉信号は光検出器１６０７によって検出され、検出された干渉信号１６１８は計算装置１６０８に入力される。角度掃引機１６０４が参照光１６１２を角度αの方向へ照射する状態を保ったまま、ＣＷレーザ光源装置１６０１によってＣＷレーザ１６０９の周波数を掃引することにより、距離測定装置１６０から対象体１６０５までの距離が算出される。

ＣＷレーザ１６０９の周波数掃引の一例として、図１７（ａ）に示すように、ＣＷレーザ１６０９の周波数を三角波形で時間変化させるとする。散乱光１６１５は、参照光１６１６に対して遅れて伝搬するため、出力光１６１７の周波数を掃引したときの周波数変化量は図１７（ｂ）のように表される。散乱光１６１５と参照光１６１６の干渉によりビート信号が生じ、光検出器１６０７によって図１７（ｃ）に示すような、ビート信号の周波数ｆ_ｂｅａｔを検出することが出来る。ビート信号の周波数は次式

のように表されることから、対象体１６０５までの距離Ｌを算出することが出来る。ここで、ｃは光速、Ｔは図１７に示す三角波形の半周期、Δは図１７に示す周波数変化量の最大値である。

ＦＭＣＷライダーによる距離測定において、距離分解能ｄＬは、ＣＷレーザ１４０９の周波数掃引範囲の逆数に比例し、

のように表され、周波数変化量Δが大きい程距離分解能は向上する。一方、ＣＷレーザ１６０９の線幅の逆数で測定距離範囲が決定する。通常ＣＷレーザ光源装置１６０１の内部の共振器長が大きくなると、ＣＷレーザ１６０９の線幅は向上するが、周波数変化量Δは小さくなる。このことから、測定距離範囲と周波数変化量Δとの間にはトレードオフの関係がある。

これに対して、周波数変調された光周波数コムを光源とする周波数変調コムライダー（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｃｏｍｂ ＬｉＤＡＲ、ＦＭｃｏｍｂ ＬｉＤＡＲ）と呼ばれる方法が非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示されている方法は、ＣＷレーザを光源とする代わりに、光周波数コムを光源とすることで、実効的に大きな周波数掃引範囲を得、よって距離分解能を向上させる方法である。

図１８に、非特許文献１に開示されている方法によるＦＭコムライダーによる距離測定装置１８０の構成の一例を示す。図１８に示す距離測定装置１８０を図１６に示す距離測定装置１６０と比較すると、ＣＷレーザ光源装置１８０１に光周波数コム発生装置１８０２が接続されており、光周波数コム１８０３が生成される。光周波数コム１８０３は光周波数コム１８０４と光周波数コム１８０５に分かれ、光周波数コム１８０４が対象体１６０５に照射される。光周波数コム１８０５と、光周波数コム１８０４が対象体１６０５によって散乱された散乱光１８０６とが合流した出力波１８０７の干渉信号を、各コムモード毎に検出するため、出力波１８０７は波長分解素子１８０８に入力され各コムモード毎に分離され、分離された各コムモードの干渉信号は、第１～第ｎ光検出器１８０９１～１８０９ｎによって検出される。

図１９に、参照光（図１８においては、光周波数コム１８０３）の周波数掃引の一例、及び周波数掃引された散乱光（図１８においては、散乱光１８０５）を示す。図１９において、光周波数コム１８０３は実線、散乱光１８０５は破線で示されている。図１９には、ＣＨ１～ＣＨ５の、連続する５つのコムモードのみを示す。図１９（ａ）に示すように、時間ｔ＝０から時間に比例して各コムモード周波数が増加するように、光周波数コム１６０３の各コムモードの周波数をコムモードの間隔分掃引する。時間ｔ＝Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}において、各コムモードの周波数は、各コムモードより１つ次数の高いコムモードの、時間ｔ＝０におけるコムモード周波数に一致する。

図１９（ａ）に示す各コムモードを、コヒーレントに結合する。ここで、コヒーレントに結合するとは、２つの信号を、強度だけでなく位相も含めて互いに結合することを言う。結合したコムモードを図１９（ｂ）に示す。図１９（ｂ）に示すように、周波数掃引されたコムモードを信号処理し、コヒーレントに結合することによって、実効的に大きな周波数範囲を得ることが出来、従って距離分解能を向上させることが出来る。

Ｎ．Ｋｕｓｅ，ｅｔ ａｌ．，ＡＰＬ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ４，１０６１０５（２０１９）

しかしながら、図１８に示すように、非特許文献１に開示されたＦＭコムライダーによれば、光周波数コム１８０３のコムモード毎に干渉信号を検出する必要があり、波長分解素子１８０５、第１～第ｎ光検出器１８０６１～１８０６ｎ、複数のアナログ―デジタルコンバータ等、干渉信号を検出するための多くの素子を必要とするため、システムが複雑となる。

上記問題点を鑑み、本発明は、波長分解素子を必要とせず、単一の光検出器と単一のアナログ―デジタルコンバータのみを使用するＦＭコムライダーによるライダー装置及びライダー制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ライダー装置であって、ＣＷレーザ光源装置から発振されるＣＷレーザから光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引するレーザ制御部と、ＣＷレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定する周波数変化測定部と、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するコムモード間隔測定部と、光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出し、対象体までの距離を算出するライダー部とを備え、レーザ制御部は、光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行い、ライダー部は、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得、離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成し、生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、各コムモード毎のコムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正し、補正した各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて距離を算出することを要旨とする。

本発明の第１の態様において、レーザ制御部は、電気光学変調器と、電気光学変調器に変調信号を入力するＲＦ発振器と、ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、電気光学変調器にＣＷレーザを入力して光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引は、電流コントローラを制御してＣＷレーザの周波数を制御することによって実行し、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引は、ＲＦ発振器を制御して変調信号を制御することによって実行してもよい。

本発明の第１の態様において、レーザ制御部は、微小共振器と、微小共振器の共鳴周波数を制御する共鳴周波数制御機構と、ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、微小共振器にＣＷレーザを入力して光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とは、電流コントローラを制御してＣＷレーザの周波数を制御することと、共鳴周波数制御機構を制御して共鳴周波数を制御することによって実行してもよい。

本発明の第１の態様において、共鳴周波数制御機構は、微小共振器に取り付けたマイクロヒータであってもよい。

本発明の第１の態様において、周波数変化測定部は、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用してＣＷレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定してもよい。

本発明の第１の態様において、コムモード間隔測定部は、単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置と、第２光検出器と、ＲＦバンドパスフィルタとを備え、単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置から照射される第２ＣＷレーザと光周波数コムとの干渉信号を第２光検出器によって検出し、ＲＦバンドパスフィルタによって取り出した光周波数コムのコムモード周波数と第２ＣＷレーザの周波数が一致するときの信号から光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出してもよい。

本発明の第１の態様において、周波数変化測定部によって測定した光周波数コムのコムモード周波数の掃引量の時間変化を用いて、ライダー部が、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得る際、干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を実行してもよい。

本発明の第２の態様は、ライダー制御方法であって、ＣＷレーザ光源装置から発振されるＣＷレーザから光周波数コムを生成するステップと、光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引によってコムモード間隔分掃引するステップと、ＣＷレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップと、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと、光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出するステップと、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップと、離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成するステップと、生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、各コムモード毎のコムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正するステップと、補正した各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて前記距離を算出するステップとを備えたことを要旨とする。

本発明の第２の態様において、光周波数コムを生成するステップは、電気光学変調器にＣＷレーザを入力して光周波数コムを生成するステップを含み、コムモード間隔分掃引するステップは、ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御してＣＷレーザの周波数を制御することによって光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、電気光学変調器に変調信号を入力するＲＦ発振器を制御して変調信号を制御することによって光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とを同時に実行するステップを含んでもよい。

本発明の第２の態様において、光周波数コムを生成するステップは、微小共振器にＣＷレーザを入力して光周波数コムを生成するステップを含み、コムモード間隔分掃引するステップは、ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御してＣＷレーザの周波数を制御することと、微小共振器の共鳴周波数を制御することによって光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とを同時に実行するステップを含んでもよい。

本発明の第２の態様において、微小共振器の共鳴周波数の制御は、微小共振器に取り付けたマイクロヒータによって実行されてもよい。

本発明の第２の態様において、ＣＷレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップは、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して実行されてもよい。

本発明の第２の態様において、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップは、第２ＣＷレーザと光周波数コムとの干渉信号を検出するステップと、ＲＦバンドパスフィルタによって光周波数コムのコムモード周波数と第２ＣＷレーザの周波数が一致するときの信号を取り出すステップと、取り出した信号から、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップとを含んでもよい。

本発明の第２の態様において、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップは、干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うステップを含んでもよい。

本発明によれば、波長分解素子を必要とせず、単一の光検出器と単一のアナログ―デジタルコンバータのみを使用するＦＭコムライダーによるライダー装置及びライダー制御方法を提供できる。

本発明の実施形態に係るライダー装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る周波数変化測定部の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係るライダー部の構成の一例を示すブロック図である。 従来技術に係る（ａ）コムモード周波数及び（ｂ）ライダー信号を示すグラフである。 実施形態に係る（ａ）コムモード周波数及び（ｂ）ライダー信号を示すグラフである。 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、（ａ）ライダー信号、（ｂ）ビート信号、（ｃ）ビート信号、（ｄ）ライダー信号のグラフである。 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、（ａ）ライダー信号、（ｂ）時間軸補正前、（ｃ）時間軸補正後のグラフである。 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、（ａ）結合されたライダー信号及び（ｂ）ビート信号のグラフである。 実施形態に係るライダー信号を結合する際の補正の方法を説明するグラフであり、（ａ）補正前、（ｂ）補正後のグラフである。 実施形態に係るコムモード間隔分掃引された時間を求める方法を説明する図であり、（ａ）リファレンスとコムモードの周波数の関係、（ｂ）得られる信号の図である。 実施形態に係るコムモード間隔測定部の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る干渉信号を示すグラフである。 実施形態に係る干渉信号を示すグラフであり、（ａ）ｋ番目のコムモード、（ｂ）ｋ―１番目のコムモードのグラフである。 本発明の実施形態に係るライダー装置によるライダー信号であり、（ａ）２～４番目のコムモード、（ｂ）２、３番目のコムモード、（ｃ）３、４番目のコムモードのグラフである。 本発明の実施形態に係るライダー装置によるビート信号である。 従来のＦＭＣＷライダーによる距離測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 従来のＦＭＣＷライダーによる参照光、散乱光及びビート周波数の変化量を示すグラフであり、（ａ）は参照光、（ｂ）は参照光と散乱光、（ｃ）はビート周波数に対するグラフである。 従来技術に係るライダー装置の構成の一例を示すブロック図である。 従来技術に係るライダー信号を示すグラフである。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（実施形態）
本発明の実施形態に係るライダー装置及びライダー制御方法を図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るライダー装置１０は、レーザ制御部１０１と、周波数変化測定部１０２と、コムモード間隔測定部１０３と、ライダー部１０４とから構成される。

レーザ制御部１０１は、ＣＷレーザ光源装置１０５と、電流コントローラ１０６と、第１制御装置１０７と、光周波数コム発生器１０８と、第２制御装置１０９と、第１光方向性結合器１１０とから構成される。

光周波数コム発生器１０８としては、例えば電気光学変調器や微小共振器が挙げられる。光周波数コム発生器１０８として電気光学変調器を用いる場合、ＣＷレーザ光源装置１０５からＣＷレーザを電気光学変調器に入力し、変調を加えることによってサイドバンド、即ち光周波数コムを発生させる。本実施形態において、一例として、光周波数コム発生器１０８は、電気光学変調器１１１と、ＲＦ発振器１１２とから構成される。ＣＷレーザ光源装置１０５からＣＷレーザが第１光方向性結合器１１０を介して電気光学変調器１１１に入力され、ＲＦ発振器１１２から電気光学変調器１１１へ変調信号が入力されることによって、光周波数コム発生器１０８において光周波数コム１１６が生成される。

光周波数コム発生器１０８として微小共振器を用いる場合、光周波数コム発生器１０８は、微小共振器と、共鳴周波数制御機構とから構成される。共鳴周波数制御機構は、微小共振器に取り付けられ、共鳴周波数を制御する機構であって、例えば、微小共振器に取り付けられたマイクロヒータ及びマイクロヒータに流す電流コントローラ、又は、微小共振器に取り付けられた圧電素子及び圧電素子に印加する電圧コントローラ、等である。共鳴周波数制御機構がマイクロヒータ及びマイクロヒータに流す電流コントローラによって構成される場合、電流コントローラによってマイクロヒータに流す電流を制御することで微小共振器の温度を制御し、よって微小共振器の共鳴周波数を制御する。共鳴周波数制御機構が圧電素子及び圧電素子に印加する電圧コントローラによって構成される場合、電圧コントローラによって圧電素子に印加する電圧を制御することで微小共振器の共振器長を制御し、よって微小共振器の共鳴周波数を制御する。

ＣＷレーザ光源装置１０５からＣＷレーザを導波路を介して導波路に光結合された微小共振器に入力し、光周波数コムを発生させる。発生する光周波数コムのコムモード周波数のうちの一つは、微小共振器の共鳴周波数に一致する。また、微小共振器に入力するＣＷレーザの周波数は、コムモード周波数のうちのいずれかからのずれが一定以内の周波数である必要がある。従って、微小共振器において発生する光周波数コムのコムモード周波数を変える場合、微小共振器に入力するＣＷレーザの周波数を変えると同時に、共鳴周波数制御機構によって微小共振器の共鳴周波数を変える。

電気光学変調器や微小共振器による光周波数コムは、コムモード周波数の間隔が１０ＧＨｚ－１ＴＨｚ程度と、モードロックファイバレーザ等の従来の光周波数コムのコム間隔が１００ＭＨｚ－１ＧＨｚ程度であるのと比較して広い。本実施形態においては、後述するように、光周波数コムの各コムモードは互いに分離して、各コムモードを複数のＣＷレーザとして使用し、更に各コムモードのコムモード周波数を掃引することから、光周波数コムのコム間隔が広いほうが望ましく、コム間隔の観点からは、光周波数コム発生器１０８として電気光学変調器や微小共振器を使用するのが望ましい。

ＣＷレーザ光源装置１０５から照射されたＣＷレーザ１１３は、第１光方向性結合器１１０によってＣＷレーザ１１４とＣＷレーザ１１５に分離される。ＣＷレーザ１１５は周波数変化測定部１０２に入力され、周波数変化測定部１０２においてＣＷレーザ１１５の周波数掃引量が計測される。ＣＷレーザ１１４は光周波数コム発生器１０８に入力され、光周波数コム１１６が生成される。光周波数コム１１６は、第２光方向性結合器１１７によって光周波数コム１１８と光周波数コム１１９に分離される。光周波数コム１１９は周波数変化測定部１０２に入力され、周波数変化測定部１０２において光周波数コム１１９の周波数掃引量が計測される。光周波数コム１１８は、第３光方向性結合器１２０によって光周波数コム１２１と光周波数コム１２２に分離される。光周波数コム１２２はコムモード間隔測定部１０３に入力され、コムモード間隔測定部１０３において光周波数コム１２２のコムモード間隔分掃引された時間が計測される。光周波数コム１２１はライダー部１０４に入力され、ライダー部１０４においてライダー装置１０と対象体１２３との間の距離が計測される。

本実施形態において、光周波数コム１１６の各コムモードをＦＭコムライダーの光キャリアとして使用するため、周波数掃引されている全てのコムモードの周波数掃引量を同時に測定する必要がある。光周波数コム１１６の周波数掃引量は、周波数変化測定部１０２を用いて測定する。また、後述するように、コムモード間隔を測定するためにＣＷレーザ１１５の周波数掃引量を測定する必要がある。ＣＷレーザ１１５の周波数掃引量についても、周波数変化測定部１０２を用いて測定する。

光周波数コム１１６の周波数掃引されている全てのコムモードの周波数掃引量の測定方法は、光周波数コム１１６の発生方法によって異なる。光周波数コム発生器１０８が、電気光学変調器１１１と、ＲＦ発振器１１２とから構成される場合、ＣＷレーザ１１３の周波数掃引量と、光周波数コム１１６のＮ番目のコムモードの周波数掃引量を測定することにより、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数掃引量を算出することが出来る。光周波数コム発生器１０８が、微小共振器から構成される場合、光周波数コム１１６のＮ番目及びＭ番目のコムモードの周波数掃引量を測定することにより、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数掃引量を算出することが出来る（ただし、Ｎ≠Ｍ）。

掃引されるコムモードの周波数掃引量の測定は、例えば、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用する方法や、ＣＷレーザとコムモードを干渉させて、その周波数差を光検出器によって測定する方法が挙げられる。本実施形態においては、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して光周波数コム１１６及びＣＷレーザ１１５の周波数掃引量の測定を行う。

本実施形態において、光周波数コム発生器１０８は、電気光学変調器１１１と、ＲＦ発振器１１２とから構成されるものとしている。光周波数コム発生器１０８が、電気光学変調器１１１と、ＲＦ発振器１１２とから構成される場合の、ＣＷレーザ１１３の周波数掃引量と、光周波数コム１１６のＮ番目のコムモードの周波数掃引量から、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数掃引量を算出する方法を説明する。本実施形態に係る周波数変化測定部１０２を図２に示す。図２に示す周波数変化測定部１０２は、２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計２０１と、光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２０２と、第１、第２光検出器２０３、２０４と、第１、第２アナログ―デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０５、２０６と、信号処理装置２１０とから構成される。２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計２０１は、互いに光路長の異なる第１導波路２１１と、第２導波路２１２と、第４光方向性結合器２１３と、第５光方向性結合器２１４とから構成される。

ＣＷレーザ光源装置１０５から出力されたＣＷレーザ１１５は、２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計２０１の第４光方向性結合器２１３に入力される。ＣＷレーザ１１５は、ＣＷレーザ２１６として第１導波路２１１を、ＣＷレーザ２１７として第２導波路２１２を伝搬し、第５光方向性結合器２１４において合流し、出力光２１８が出力され、第１光検出器２０３によって出力光２１８の干渉信号が検出される。ＣＷレーザ２１７はＣＷレーザ２１６と比較して遅延を受けた光であり、従って第１光検出器２０３によって検出した出力光２１８の干渉信号の時間変化をグラフに示すと、干渉が生じている様子が観測される。

第１制御装置１０７によって電流コントローラ１０６を制御し、ＣＷレーザ光源装置１０５から出力されるＣＷレーザ１１３の周波数を掃引すると、ＣＷレーザ１１３の周波数の変化に応答して、第１光検出器２０３によって検出する干渉信号の波形の位相が変化する。この干渉波形の、ＣＷレーザ１１３の周波数を変化させる前と、ＣＷレーザ１１３の周波数を変化させた後の位相の変化量δφ_ＣＷを測定することによって、次式よりＣＷレーザ１１３の周波数の変化量δν_ＣＷを算出することが出来る。

ここで、上式中のτは２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計２０１の第２導波路２１２を伝搬した光の遅延時間であり、既知の値である。

レーザ制御部１０１から第２光方向性結合器１１７を介して周波数変化測定部１０２に入力された光周波数コム１１９は、２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計２０１の第５光方向性結合器２１４に入力される。光周波数コム１１９は、光周波数コム２１９として第１導波路２１１を、光周波数コム２２０として第２導波路２１２を伝搬し、第４光方向性結合器２１３において合流し、出力光２２１が出力される。光バンドパスフィルタ２０２は、出力光２２１のＮ番目のコムモードのみを透過するように設定される。出力光２２１は光バンドパスフィルタ２０２に入力され、第２光検出器２０４によって、Ｎ番目のコムモードの干渉信号が検出される。

第１制御装置１０７及び第２制御装置１０９によってレーザ制御部１０１から出力される光周波数コム１１６のコムモード周波数が掃引されると、光検出器２０５によって検出されるＮ番目のコムモードの干渉信号の位相が変化する。Ｎ番目のコムモードの干渉信号の位相の変化量をδφ_Ｎとすると、Ｎ番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δν_Ｎは次の数式より算出することが出来る。

ここで、ＣＷレーザ１１３の周波数の変化量δν_ＣＷとＮ番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δν_Ｎの関係は、次式のように表される。

ここで、δν_ＥＯは、ＲＦ発振器１１２から電気光学変調器１１１へ入力される変調信号の周波数の変化量である。上式より、任意のコムモード周波数の掃引量δν_Ｋは、

より算出することが出来る。

光周波数コム発生器１０８が、微小共振器から構成される場合、図２に示す周波数変化測定部１０２の第４光方向性結合器２１３に、Ｍ番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δν_Ｍを測定するための、出力光２２１のＭ番目のコムモードのみを透過するように設定された光バンドパスフィルタ及び光検出器を接続する。Ｎ番目のコムモードの干渉信号を検出する方法と同様の方法でＭ番目のコムモードの干渉信号を検出する。光周波数コム１１６のコムモード周波数の掃引に伴うＭ番目のコムモードの干渉信号の位相の変化量をδφ_Ｍとすると、Ｍ番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δν_Ｍは次式より算出することが出来る。

任意のコムモード周波数の掃引量δν_Ｋは、

より算出することが出来る。

ライダー部１０４の構成の一例を図３に示す。図３に示すライダー部１０４は、第６光方向性結合器３０１と、サーキュレータ３０２と、第７光方向性結合器３０３と、光検出器３０４と、アナログ―デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３０５と、計算装置３０６とから構成される。

光周波数コム１２１は、第６光方向性結合器３０１において光周波数コム３０７と光周波数コム３０８とに分離される。光周波数コム３０７は、サーキュレータ３０２を介して、対象体１２３へ照射される。光周波数コム３０７は、対象体１２３によって散乱し、散乱光３０９がサーキュレータ３０２に入力される。散乱光３０９は、サーキュレータ３０２及び第７光方向性結合器３０３によって光周波数コム３０８と合流し、出力光３１０として出力される。出力光３１０の干渉信号は光検出器３０４によって検出され、アナログ―デジタルコンバータ３０５によってデジタル化され、計算装置３０６に入力される。

本実施形態のライダー装置１０はＦＭコムライダーによるライダー装置であり、非特許文献１において開示されている方法と同様、光周波数コム１２１のコムモード周波数を掃引し、ライダー部１０４においてビート周波数を計測することにより、ライダー装置１０と対象体１２３との間の距離を計測する。第１制御装置１０７によって電流コントローラ１０６を制御して、ＣＷレーザ光源装置１０５から光周波数コム発生器１０８に入力するＣＷレーザ１１３の周波数を掃引することにより、光周波数コム発生器１０８において生成される光周波数コム１１６のコムモード周波数を、コムモードの間隔分掃引する。

光周波数コム１１６のコムモード周波数のそれぞれを時間に対して一定の割合ａ_ｎで変化させたとき、ライダー信号は正弦波で表すことが出来るため、単一の光検出器によって複数のライダー信号を検出する場合、単一の光検出器によって検出される複数のライダー信号は正弦波の重ね合わせ、すなわち、次式

で表すことが出来る。ここで、上式のω_ｎは割合ａ_ｎに依存する値であり、ｎはコムモードの次数である。

非特許文献１において開示されている方法によれば、光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数を時間に対して線形的に変化させる。この場合の、各コムモード周波数及びライダー信号を図４に示す。図４（ａ）に示すように、各コムモード周波数を時間に対して同じ割合で変化させると、各コムモードに対する上式のω_ｎは互いに同じ値となり、従って図４（ｂ）に示すように、各コムモードのライダー信号を互いに区別することが出来なくなる。

本実施形態においては、光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる変化に加えて、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる。この場合の、各コムモード周波数及びライダー信号を図５に示す。図５には、一例として、ＣＨ１～ＣＨ５の５つのコムモードを示す。図５（ａ）に示すように、各コムモード周波数を時間に対して同じ割合で変化させ、かつ各コムモード周波数間隔を時間に対して同じ割合で変化させると、図４（ａ）においては各コムモード周波数の傾きは互いに同一であったが、図５（ａ）においては各コムモード周波数の傾きが、コムモードの次数が大きくなるにつれて、大きくなっている。よって各コムモードに対する上式のω_ｎは互いに異なる値となり、従って図５（ｂ）に示すように、各コムモードのライダー信号を互いに区別することが可能となる。

単一の光検出器によって複数のライダー信号を検出し、各コムモードのライダー信号をコヒーレント結合する手順を図６、図７、図８及び図９を参照して説明する。光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数は、時間に対して線形的に増加させる変化に加えて、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる。この場合、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示すように、各コムモードのライダー信号は、互いに周期の異なる正弦波で表される。図５（ｂ）及び図６（ａ）に示す正弦波を足し合わせ、さらにフーリエ変換すると、図６（ｂ）に示すように、周波数領域上の離散的な信号を得ることが出来る。なお、これらの信号の周波数はビート周波数である。ここで、詳細については後述するが、図６（ａ）に示す正弦波の重ね合わせをフーリエ変換して、図６（ｂ）に示すような、周波数領域上の離散的な信号を得る際、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行う。

図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）に示すＣＨ１～ＣＨ５の信号のうち、１つの信号を取り出す。図６（ｃ）には、一例としてＣＨ１の信号を示す。図６（ｄ）に示すＣＨ１の信号をフーリエ変換して、図６（ｄ）に示すように、ＣＨ１のみのライダー信号を取得する。

図７（ａ）に示すように、ＣＨ２～ＣＨ５の全ての信号について、図６（ｅ）に示すＣＨ１のみのライダー信号を取得したときと同様の手順でライダー信号を取得する。図７（ａ）に示すＣＨ１～ＣＨ５の全ての信号について、コムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を求める。コムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を求める方法については後述する。図７（ｂ）に、ＣＨ１～ＣＨ５の全ての信号について求めた時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を示す。図７（ｂ）の図中の線Ｐと各コムモードの時間軸とが交わる時間は、各コムモードにおける時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}である。ライダー信号の、ＱＣＨ１～ＣＨ５の全ての信号について、図７（ｃ）に示すように、Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}＝Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}となるように、時間軸を補正する。図７（ｃ）の図中の線Ｑは、時間がＴ_{ｃｙｃｌｅ}であることを示す。

図８（ａ）に示すように、Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}で各コムモードのライダー信号を、コヒーレント結合する。得られたライダー信号を、図８（ｂ）に示すように、フーリエ変換してビート信号を得る。（数１）から、対象体１２３までの距離Ｌを算出することが出来る。

図６（ａ）に示す正弦波の重ね合わせをフーリエ変換して、図６（ｂ）に示す信号を得る際の、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正について説明する。ＣＷレーザ光源装置１０５から出力されたＣＷレーザ１１５や、ＲＦ発振器１１２から電気光学変調器１１１へ入力された変調信号を制御して、光周波数コム１１６のコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる際、ＣＷレーザ１１５や変調信号の、ＣＷレーザ１１５や変調信号を制御する入力信号に対する応答は、入力信号に対して、理想的には線形であるが、実際は線形ではなく非線形であるため、このような信号のばらつきが生じる。図９（ａ）に、一例として、実際にライダー信号をフーリエ変換して得られた信号を示す。図９（ａ）に示す信号は、３つのコムモードの信号を示しているが、信号にばらつきがあり、３つのコムモードを互いに分離できていない。

これに対する補正は以下のように行う。光周波数コム１１６のコムモード周波数を掃引する際、周波数変化測定部１０２において、光周波数コム１１６のコムモード周波数の時間に対する変化を測定する。この測定結果を用いて、光周波数コム１１６のコムモード周波数の時間に対する非線形的な変化を、線形的な変化となるように、フーリエ変換する前のライダー信号に対して時間軸の補正を行う。図９（ｂ）に、図９（ａ）に示す信号のもととなったライダー信号にこの補正を行い、フーリエ変換して得られた信号を示す。３つのコムモードの信号（Ｈ、Ｉ、Ｊ）が示されており、３つのコムモードが互いに分離されている。

以下に、コムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を求める方法を図１０を参照しながら説明する。図１０（ａ）に示すように、周波数ν_ｒｅｆを有するＣＷレーザとコムモードを干渉させ、干渉信号を検出する。光周波数コムのコムモードは周波数掃引されており、コムモード周波数とリファレンス周波数が一致したときに干渉信号が検出され、図１０（ｂ）のような信号が得られる。図１０（ｂ）によれば、時刻ｔ_１にｋ番目のコムモードのコムモード周波数とＣＷレーザの周波数が一致し、時刻ｔ_２に（ｋ―１）番目のコムモードのコムモード周波数とＣＷレーザの周波数が一致している。

周波数ν_ｒｅｆは、以下の２式を満たす。以下の２式は、それぞれ、時刻ｔ_１にｋ番目のコムモードのコムモード周波数とＣＷレーザの周波数が一致する条件、及び時刻ｔ_２に（ｋ―１）番目のコムモードのコムモード周波数とＣＷレーザの周波数が一致する条件である。

時刻ｔ_０は周波数掃引を開始する最初の時刻、Δ_ＣＷ（ｔ）は時刻ｔにおけるＣＷレーザの周波数の変化量、Δ_ｒｅｐ（ｔ）は時刻ｔにおけるコムモード間隔周波数の変化量、ｆ_ｒｅｐ（ｔ）は時刻ｔにおけるコムモード間隔周波数、Ｋはコムモードの次数である。上２式より、時刻ｔ_０におけるコムモード間隔周波数ｆ_ｒｅｐ（ｔ_０）は以下の式から求めることが出来る。

コムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}は、次の式を満たし、

図１に示すコムモード間隔測定部１０３によって測定される。図１１に、本実施形態に係るコムモード間隔測定部１０３の構成の一例を示す。図１１に示すコムモード間隔測定部１０３は、単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置１１０１、光方向性結合器１１０２、光検出器１１０３、ＲＦバンドパスフィルタ（ＲＦＢＰＦ）１１０４、アナログ―デジタルコンバータ１１０５、第２計算装置１１０６から構成される。

単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置１１０１から照射されたリファレンスのＣＷレーザ１１０７と、光方向性結合器１１０２において、光周波数コム１２２とを重ね合わせ、光検出器１１０３によって干渉信号を検出する。さらに、例えば１０ＭＨｚのＲＦバンドパスフィルタ１１０４によって、ＣＷレーザ１１０７と、光周波数コム１２２の周波数差が１０ＭＨｚ以内となったときの干渉信号のみを検出する。

図１２に、ＲＦバンドパスフィルタ１１０４によって検出したｋ番目とｋ－1番目のコムモードに対応する干渉信号を示す。図１２に示すｋ番目とｋ－1番目のコムモードに対応する干渉信号を拡大した図を図１３に示す。図１３（ａ）を参照すると、１０ＭＨｚのＲＦバンドパスフィルタ１１０４によって、ｋ番目のコムモードとＣＷレーザ１１０７の周波数差が―１０ＭＨｚとなる時間の範囲（Ａ）と１０ＭＨｚとなる時間の範囲（Ｃ）に比較的強く干渉信号が現れ、ｋ番目のコムモードとＣＷレーザ１１０７の周波数が一致する点（Ｂ）では干渉信号が消滅している。ｋ－1番目のコムモードについても同様に、ｋ－１番目のコムモードとＣＷレーザ１１０７の周波数が一致する点（Ｅ）を見積り、点（Ｂ）と点（Ｅ）から周波数掃引開始時のコムモード間隔周波数ｆ_ｒｅｐ（ｔ_０）を算出することができる。そして、算出されたコムモード間隔周波数を用いて、（数１３）からコムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を算出することが出来る。点（Ｂ）と点（Ｅ）からコムモード間隔分掃引された時間Ｔ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}を算出する処理は、第２計算装置１１０６において行われる。

以下に、実際の光周波数コム１１６の周波数掃引方法を説明する。本実施形態において、光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行う。

光周波数コム１１６の、ゼロ周波数から数えてＰ番目のコムモードのコムモード周波数は次式のように書ける。

また、ＣＷレーザ１１３から数えてＱ番目のコムモードのコムモード周波数は次式のように書ける。

ここで、ｆ_ＣＷ＝ｆ_ＣＥＯ＋Ｒｆ_ｒｅｐである（ただし、Ｑ＝Ｐ－Ｒ）。

光周波数コム発生器１０８として電気光学変調器を使用する場合、ｆ_ＣＷの変化はｆ_ＣＥＯの変化のみで実現する。ＲＦ発振器１１２から電気光学変調器１１１に入力する変調信号の周波数を変化させることは、ｆ_ｒｅｐを変化させることに対応する。一方、光周波数コム発生器１０８として微小共振器を使用する場合、微小共振器に取り付けたマイクロヒータ、圧電素子等による共鳴周波数の変化に合わせて、微小共振器に入射するＣＷレーザの周波数を変化させることは、ｆ_ＣＥＯとｆ_ｒｅｐを同時に変化させることに対応する。即ち、ＣＷレーザの周波数を掃引させると、光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる周波数掃引と、光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる周波数掃引とが同時に行われる。

図１に示すように光周波数コム発生器１０８として電気光学変調器を使用する場合、光周波数コム１１６の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる周波数掃引は、以下のように行う。第１制御装置１０７によって電流コントローラ１０６を制御して、電流コントローラ１０６に接続されたＣＷレーザ光源装置１０５から電気光学変調器１１１に入力されるＣＷレーザの周波数を掃引することによって行う。光周波数コム１１６の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる周波数掃引は、以下のように行う。第２制御装置１０９によってＲＦ発振器１１２から電気光学変調器１１１に入力する変調信号の周波数を、時間に対して同じ割合で増加させるように制御する。

ＲＦ発振器１１２の発振周波数の掃引とＣＷレーザ１１３の周波数の掃引は同時に行う必要があるため、第１制御装置１０７と第２制御装置１０９による制御は、互いに同期をとりながら実行される。

光周波数コム発生器１０８として微小共振器を使用する場合、第２制御装置１０９によって共鳴周波数制御機構を制御することによって、微小共振器の共鳴周波数をマイクロヒータ、圧電素子等により制御し、微小共振器の共鳴周波数の制御に同期して、第１制御装置１０７によって電流コントローラ１０６を制御することでＣＷレーザの周波数を制御し、光周波数コムの周波数掃引を行う。ＣＷレーザの周波数ｆ_ＣＷの変化量に対するｆ_ＣＥＯ＋ｎｆ_ｒｅｐのすべてのコムモードにおける変化量の対応関係を予め測定しておく。この対応関係に基づき、全てのコムモードについてｆ_ＣＥＯ＋ｎｆ_ｒｅｐが時間に対して線形的に増加するように、かつその増加率が全てのコムモードについて互いに異なる値となるようにＣＷレーザの周波数ｆ_ＣＷを掃引し、それぞれのコムモードのライダー信号を得る。この対応関係に基づいてそれぞれのコムモードのライダー信号に対してＴ_{ｎ，ｃｙｃｌｅ}＝Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}となるように、時間軸を補正する。時間軸が補正されたすべてのコムモードのライダー信号をコヒーレント結合し、ビート信号を算出することで対象体１２３までの距離を算出する。

以上のように距離を測定して得られたデータを図１４に示す。図１４に示すライダー信号は、光周波数コム１１６として電気光学変調器を用いて生成された光周波数コムを用いたときのものである。図１４（ａ）には２番目と、３番目と、４番目のコムモードからのライダー信号をコヒーレント結合したライダー信号を示す。図１４（ｂ）には、２番目と３番目のコムモードからのライダー信号のコヒーレント結合点（Ｆ）を、図１４（ｃ）には、３番目と４番目のコムモードからのライダー信号のコヒーレント結合点（Ｇ）を示す。図１５には、本実施形態に係る、ＦＭコムライダーによる距離測定と、比較のために従来のＦＭＣＷライダーによる距離測定によるビート周波数の遅延を示す。図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に示すように、位相と強度のいずれについてもモード間のライダー信号の結合がなされている。また、図１５に示すように、ＦＭコムライダーによるビート周波数の遅延と、ＦＭＣＷライダーによるビート周波数の遅延のデータの半値幅を比較すると、ＦＭコムライダーによる半値幅がＦＭＣＷライダーによる半値幅の３分の１程度である。図１５に示すように、従来のＦＭＣＷライダーによる距離測定と比較して、ＦＭコムライダーによる距離測定では、約３倍程度の分解能が得られている。

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１０ ライダー装置
１０１ レーザ制御部
１０２ 周波数変化測定部
１０３ コムモード間隔測定部
１０４ ライダー部
１０５、１６０１、１８０１ ＣＷレーザ光源装置
１０６ 電流コントローラ
１０７ 第１制御装置
１０８ 光周波数コム発生器
１０９ 第２制御装置
１１０ 第１光方向性結合器
１１１ 電気光学変調器
１１２ ＲＦ発振器
１１３～１１５、２１５、２１６、１１０７、１６０９ ＣＷレーザ
１１６、１１８、１１９、１２１、１２２、２１９、２２０、３０７、３０８、１８０３、１８０４、１８０５ 光周波数コム
１１７ 第２光方向性結合器
１２０ 第３光方向性結合器
１２３、１６０５ 対象体
２０１ ２波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計
２０２ 光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２０３、２０４ 第１、第２光検出器
２０５、２０６ 第１、第２アナログ―デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
２１０ 信号処理装置
２１１ 第１導波路
２１２ 第２導波路
２１３ 第４光方向性結合器
２１４ 第５光方向性結合器
２１７、２２１、３１０、１６１７、１８０７ 出力光
３０１ 第６光方向性結合器
３０２、１６０３ サーキュレータ
３０３ 第７光方向性結合器
３０４、１１０３ 光検出器
３０５ アナログ―デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
３０６、１４０８ 計算装置
３０９、１６１３～１６１５、１８０６ 散乱光
１１０１ 単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置
１１０２、１６０６ 光方向性結合器
１１０４ ＲＦバンドパスフィルタ
１１０５ アナログ―デジタルコンバータ
１１０６ 第２計算装置
１６０２、１６０６ 光方向性結合器
１６０４ 角度掃引機構
１６０８ 計算装置
１６１０、１６１２、１６１６ 参照光
１６１８ 干渉信号
１８０ 距離測定装置
１８０２ 光周波数コム発生装置
１８０５ 波長分解素子
１８０６１～１８０６ｎ 第１～第ｎ光検出器

Claims (14)

1. ＣＷレーザ光源装置から発振されるＣＷレーザから光周波数コムを生成し、前記光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引するレーザ制御部と、
   前記ＣＷレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定する周波数変化測定部と、
   前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記コムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するコムモード間隔測定部と、
   前記光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と前記光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出し、前記対象体までの距離を算出するライダー部と
   を備え、前記レーザ制御部は、前記光周波数コムの前記コムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行い、
   前記ライダー部は、前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得、前記離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成し、前記生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、前記各コムモード毎の前記コムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正し、補正した前記各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて前記距離を算出することを特徴とするライダー装置。
2. 前記レーザ制御部は、電気光学変調器と、前記電気光学変調器に変調信号を入力するＲＦ発振器と、前記ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、
   前記電気光学変調器に前記ＣＷレーザを入力して前記光周波数コムを生成し、
   前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引は、前記電流コントローラを制御して前記ＣＷレーザの周波数を制御することによって実行し、
   前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引は、前記ＲＦ発振器を制御して前記変調信号を制御することによって実行することを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
3. 前記レーザ制御部は、微小共振器と、前記微小共振器の共鳴周波数を制御する共鳴周波数制御機構と、前記ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、
   前記微小共振器に前記ＣＷレーザを入力して前記光周波数コムを生成し、
   前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とは、前記電流コントローラを制御して前記ＣＷレーザの周波数を制御することと、前記共鳴周波数制御機構を制御して前記共鳴周波数を制御することによって実行することを特徴とする請求項１に記載のライダー装置。
4. 前記共鳴周波数制御機構は、前記微小共振器に取り付けたマイクロヒータであることを特徴とする請求項３に記載のライダー装置。
5. 前記周波数変化測定部は、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して前記ＣＷレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のライダー装置。
6. 前記コムモード間隔測定部は、単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置と、第２光検出器と、ＲＦバンドパスフィルタとを備え、
   前記単一周波数発振ＣＷレーザ光源装置から第２ＣＷレーザと前記光周波数コムとの干渉信号を前記第２光検出器によって検出し、前記ＲＦバンドパスフィルタによって取り出した前記光周波数コムのコムモード周波数と前記第２ＣＷレーザの周波数が一致するときの信号から前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記コムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のライダー装置。
7. 前記周波数変化測定部によって測定した前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量の時間変化を用いて、
   前記ライダー部が、前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の前記離散的な信号を得る際、前記干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のライダー装置。
8. ＣＷレーザ光源装置から発振されるＣＷレーザから光周波数コムを生成するステップと、
   前記光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引によってコムモード間隔分掃引するステップと、
   前記ＣＷレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップと、
   前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記コムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと、
   前記光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と前記光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出するステップと、
   前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップと、
   前記離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成するステップと、
   前記生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、前記各コムモード毎の前記コムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正するステップと、
   補正した前記各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて距離を算出するステップと
   を備えたことを特徴とするライダー制御方法。
9. 前記光周波数コムを生成するステップは、電気光学変調器に前記ＣＷレーザを入力して前記光周波数コムを生成するステップを含み、
   前記コムモード間隔分掃引するステップは、
   前記ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御して前記ＣＷレーザの周波数を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、
   前記電気光学変調器に変調信号を入力するＲＦ発振器を制御して前記変調信号を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引と
   を同時に実行するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のライダー制御方法。
10. 前記光周波数コムを生成するステップは、微小共振器に前記ＣＷレーザを入力して前記光周波数コムを生成するステップを含み、
    前記コムモード間隔分掃引するステップは、
    前記ＣＷレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御して前記ＣＷレーザの周波数を制御することと、前記微小共振器の共鳴周波数を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と
    前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引と
    を同時に実行するステップを含むことを特徴とする請求項８に記載のライダー制御方法。
11. 前記微小共振器の前記共鳴周波数の制御は、前記微小共振器に取り付けたマイクロヒータによって実行されることを特徴とする請求項１０に記載のライダー制御方法。
12. 前記ＣＷレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップは、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して実行されることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のライダー制御方法。
13. 前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記コムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップは、
    第２ＣＷレーザと前記光周波数コムとの干渉信号を検出するステップと、
    ＲＦバンドパスフィルタによって前記光周波数コムのコムモード周波数と前記第２ＣＷレーザの周波数が一致するときの信号を取り出すステップと、
    前記取り出した信号から、前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記コムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと
    を含むことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載のライダー制御方法。
14. 前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップは、前記干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うステップを含むことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載のライダー制御方法。

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