JP2022165436A - 測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式距離計の性能を簡便に切り換えられるようにする。
【解決手段】複数の周波数シフタを有し、周波数変調レーザ光を出力するレーザ装置と、複数の周波数シフタを制御して、レーザ装置から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換える制御部と、レーザ装置が出力する周波数変調レーザ光を、参照光と測定光とに分岐させる分岐部と、測定光を計測対象物に照射して反射された反射光と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、ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、ビート信号を周波数解析した結果に基づき、参照光と測定光との伝搬距離の差を算出する算出部とを備える、測定装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置および測定方法に関する。

共振器内に周波数シフタが設けられ、時間の経過とともに発振周波数が線形に変化する複数の縦モードレーザを出力する周波数シフト帰還レーザ（ＦＳＦＬ：Frequency Shifted Feedback Laser）が知られている。また、このような周波数シフト帰還レーザを用いた光学式の距離計が知られている（例えば、特許文献１および非特許文献１を参照）。

特許第３５８３９０６号明細書

原武文，「ＦＳＦレーザによる距離センシングとその応用」，オプトニューズ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．３，２０１２年，ｐｐ．２５－３１

光学式距離計は、周波数シフト帰還レーザを参照光と測定光とに分岐して、測定光を計測対象物に照射して反射された反射光と参照光とを混合してビート信号を発生させていた。そして、光学式距離計は、ビート信号の周波数を特定することにより、当該光学式距離計から計測対象物までの距離を測定していた。このような光学式距離計は、より長い距離を簡便に測定することが要求されることもあれば、より高い精度、より高い分解能で測定することが要求されることもあった。しかしながら、光学式距離計の性能を切り換えることは容易ではなかった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、光学式距離計の性能を簡便に切り換えられるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、複数の周波数シフタを有し、周波数変調レーザ光を出力するレーザ装置と、複数の前記周波数シフタを制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを切り換える制御部と、前記レーザ装置が出力する前記周波数変調レーザ光を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに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る、測定装置を提供する。

前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離がより長い場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートをより低くしてもよい。

前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離をより高い精度で測定する場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートをより高くしてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、入力した光の周波数を前記第１シフト量よりも大きい第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタのいずれか一方に入力させる入力切換部と、前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記入力切換部を制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第１シフト量とは異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記第２周波数シフタが出力した０次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記第２周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記第２周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第２シフト量とは異なる第３シフト量だけシフトする第３周波数シフタと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第３周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記第２周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第３シフト量だけシフトする第３周波数シフタと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第３周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記第２周波数シフタの前記第２シフト量は、前記第３周波数シフタの前記第３シフト量と比較して正負が異なっていてもよい。

前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離が相対的に変化している場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートの正負の符号を切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタのいずれか一方に入力させる入力切換部と、前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記入力切換部を制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラとを有し、前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させる第１レーザ共振器と、レーザ光を発振させる第２レーザ共振器と、前記第１レーザ共振器が出力した第１周波数変調レーザ光が入力する第１ポートと、前記第２レーザ共振器が出力した第２周波数変調レーザ光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力したレーザ光の少なくとも一部を出力する第３ポートとを含む光合波部とを備え、前記第１レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタを有し、前記第２レーザ共振器は、入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタを有してもよい。

前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、前記レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタに入力させる光カプラと、前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の少なくとも一部を出力する第３ポートとを含む光合波部とを有し、前記制御部は、前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタの動作を切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換えてもよい。

前記制御部は、前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを第１チャープレートおよび第２チャープレートのいずれか一方に切り換え、前記第１チャープレートは、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が周回する前記レーザ共振器の共振器長に対応する第１共振器周波数と、前記第１シフト量との乗算結果に等しく、前記第２チャープレートは、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が周回する前記レーザ共振器の共振器長に対応する第２共振器周波数と、前記第２シフト量との乗算結果に等しく、前記第１チャープレートの絶対値は前記第２チャープレートの絶対値に等しく、前記第１チャープレートの正負の符号は前記第２チャープレートの正負の符号とは異なっていてもよい。

本発明の第２の態様においては、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、単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを第１チャープレートにした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を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させるステップと、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前記第１チャープレートに対応する第１算出条件で算出するステップと、前記伝搬距離の差を前記第１算出条件で算出する際の測定精度よりも高い測定精度で算出する際に用い、前記周波数変調レーザ光の前記第１チャープレートよりも高い第２チャープレートに対応する第２算出条件を、前記第１算出条件で算出された前記伝搬距離の差に基づいて特定するステップと、前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを前記第１チャープレートから前記第２チャープレートに切り換えるステップと、前記チャープレートを切り換えた後に、前記分岐させるステップから前記周波数解析するステップまでを実行するステップと、前記チャープレートを切り換えた後に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前記伝搬距離の差を前記第２算出条件で算出するステップとを有する、測定方法を提供する。

本発明の第３の態様においては、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、単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを第１チャープレートにした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を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させるステップと、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前記第１チャープレートに対応する第１算出条件で算出するステップと、前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを前記第１チャープレートから第２チャープレートに切り換えるステップと、前記チャープレートを切り換えた後に、前記分岐させるステップから前記周波数解析するステップまでを実行するステップと、前記チャープレートを切り換えた後に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前記伝搬距離の差を前記第２チャープレートに対応する第２算出条件で算出するステップと、前記第１算出条件で算出した前記伝搬距離の差と、前記第２算出条件で算出した前記伝搬距離の差とに基づき、当該測定装置から前記計測対象物までの距離を算出するステップとを有し、前記第１チャープレートの絶対値は前記第２チャープレートの絶対値に等しく、前記第１チャープレートの正負の符号は前記第２チャープレートの正負の符号とは異なる、測定方法を提供する。

本発明によれば、光学式距離計の性能を簡便に切り換えられるという効果を奏する。

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。 本実施形態に係るレーザ装置１１０の構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置１１０が出力するレーザ光の一例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００が検出するビート信号の周波数と、光ヘッド部１４０および計測対象物１０の間の距離ｄとの関係の一例を示す。 本実施形態に係るビート信号発生部１５０および周波数解析部１６０の構成例を示す。 本実施形態に係るビート信号発生部１５０および周波数解析部１６０の直交検波の概略の一例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第１構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第２構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第３構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第４構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第５構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の動作フローの一例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第６構成例を示す。 本実施形態に係るレーザ装置３００の第７構成例を示す。

［測定装置１００の構成例］
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、制御部１９０とを備える。

レーザ装置１１０は、レーザ共振器を有し、複数のモードの周波数変調レーザ光を出力する。レーザ装置１１０は、共振器内に周波数シフタが設けられ、時間の経過とともに発振周波数が線形に変化する複数の縦モードレーザを出力する。レーザ装置１１０は、一例として、周波数シフト帰還レーザである。周波数シフト帰還レーザについては後述する。

分岐部１２０は、レーザ装置１１０が出力する周波数変調レーザ光を、周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させる。分岐部１２０は、一例として、１入力２出力の光ファイバ型の光カプラである。図１の例において、分岐部１２０は、測定光を光サーキュレータ１３０に供給し、参照光をビート信号発生部１５０に供給する。

光サーキュレータ１３０は、複数の入出力ポートを有する。光サーキュレータ１３０は、例えば、一のポートに入力した光を次のポートから出力させ、当該次のポートから入力する光を更に次のポートから出力させる。図１は、光サーキュレータ１３０が３つの入出力ポートを有する例を示す。この場合、光サーキュレータ１３０は、分岐部１２０から供給される測定光を光ヘッド部１４０に出力する。また、光サーキュレータ１３０は、光ヘッド部１４０から入力する光をビート信号発生部１５０へと出力する。

光ヘッド部１４０は、光サーキュレータ１３０から入力する光を計測対象物１０に向けて照射する。光ヘッド部１４０は、一例として、コリメータレンズを有する。この場合、光ヘッド部１４０は、光ファイバを介して光サーキュレータ１３０から入力する光をコリメータレンズでビーム状に調節してから出力する。

また、光ヘッド部１４０は、計測対象物１０に照射した測定光の反射光を受光する。光ヘッド部１４０は、受光した反射光をコリメータレンズで光ファイバに集光して光サーキュレータ１３０に供給する。この場合、光ヘッド部１４０は、共通の１つのコリメータレンズを有し、当該コリメータレンズで、測定光を計測対象物１０に照射し、また、計測対象物１０からの反射光を受光してよい。なお、光ヘッド部１４０および計測対象物１０の間の距離をｄとする。

これに代えて、光ヘッド部１４０は、集光レンズを有してもよい。この場合、光ヘッド部１４０は、光ファイバを介して光サーキュレータ１３０から入力する光を計測対象物１０の表面に集光する。そして、光ヘッド部１４０は、計測対象物１０の表面で反射した反射光の少なくとも一部を受光する。光ヘッド部１４０は、受光した反射光を集光レンズで光ファイバに集光して光サーキュレータ１３０に供給する。この場合においても、光ヘッド部１４０は、共通の１つの集光レンズを有し、当該集光レンズで、測定光を計測対象物１０に照射し、また、計測対象物１０からの反射光を受光してよい。

ビート信号発生部１５０は、測定光を計測対象物１０に照射して反射された反射光を光サーキュレータ１３０から受けとる。また、ビート信号発生部１５０は、分岐部１２０から参照光を受けとる。ビート信号発生部１５０は、反射光および参照光を混合してビート信号を発生させる。ビート信号発生部１５０は、例えば、光電変換素子を有し、ビート信号を電気信号に変換して出力する。

ここで、反射光は、光ヘッド部１４０から計測対象物１０までの距離を往復しているので、参照光と比較して少なくとも距離２ｄに応じた伝搬距離の差が生じることになる。レーザ装置１１０が出力する光は、時間の経過とともに発振周波数が線形に変化するので、参照光および反射光の発振周波数は、当該伝搬距離の差に対応する伝搬遅延に応じた周波数差が生じる。ビート信号発生部１５０は、このような周波数差に対応するビート信号を発生させる。

周波数解析部１６０は、ビート信号発生部１５０が発生させたビート信号を周波数解析する。周波数解析部１６０は、例えば、ビート信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を周波数信号に周波数変換する。そして、周波数解析部１６０は、周波数変換した周波数信号を解析してビート信号の周波数を検出する。ここで、ビート信号の周波数をν_Ｂとする。

算出部１７０は、周波数解析部１６０がビート信号を周波数解析した結果に基づき、参照光と測定光との伝搬距離の差を検出する。算出部１７０は、ビート信号の周波数ν_Ｂに基づき、光ヘッド部１４０から計測対象物１０までの距離ｄを算出する。

表示部１８０は、算出部１７０の算出結果を表示する。表示部１８０は、ディスプレイ等を有し、算出結果を表示してよい。また、表示部１８０は、記憶部等に算出結果を記憶させてもよい。表示部１８０は、ネットワーク等を介して外部に算出結果を供給してもよい。

制御部１９０は、測定装置１００内の各部を制御する。制御部１９０は、例えば、レーザ装置１１０を制御して、周波数変調レーザ光を出力させる。また、制御部１９０は、周波数解析部１６０および算出部１７０を制御して、光ヘッド部１４０から計測対象物１０までの距離ｄを算出させる。制御部１９０は、表示部１８０を制御して距離ｄの算出結果を表示させてもよい。

周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０の少なくとも一部は、集積回路等で構成されていることが望ましい。周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０の少なくとも一部は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、および／またはＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。また、周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０は、一体に形成されていてもよい。このような制御部１９０は、記憶部を有する。

記憶部は、周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０が動作の過程で生成する、または動作の過程で利用する、中間データ、算出結果、設定値、閾値、およびパラメータ等を記憶してもよい。記憶部は、測定装置１００内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。

記憶部は、ＣＰＵ等が周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０の少なくとも一部として動作する場合、周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０として機能するＯＳ（Operating System）、およびプログラムの情報を格納してもよい。また、記憶部は、当該プログラムの実行時に参照されるデータベースを含む種々の情報を格納してもよい。例えば、コンピュータは、記憶部に記憶されたプログラムを実行することによって、周波数解析部１６０、算出部１７０、および制御部１９０として機能する。

記憶部は、例えば、コンピュータ等のＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、および作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。また、記憶部は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）および／またはＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置を含んでもよい。また、コンピュータは、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を更に備えてもよい。

以上の測定装置１００は、計測対象物１０に照射した測定光の反射光と、参照光との間の周波数差を解析することにより、測定装置１００および計測対象物１０の間の距離ｄを測定可能とする。即ち、測定装置１００は、非接触および非破壊の光学式距離計を構成できる。測定装置１００のより詳細な構成について次に説明する。

［レーザ装置１１０の構成例］
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。

周波数シフタ１１２は、入力する光の周波数を略一定の周波数だけシフトする。周波数シフタ１１２は、一例として、音響光学素子を有するＡＯＦＳ（Acousto-Optic Frequency Shifter）である。ここで、周波数シフタ１１２による周波数シフト量を＋ν_ｓとする。即ち、周波数シフタ１１２は、共振器を周回する光の周波数を、１周回毎にν_ｓだけ周波数が増加するようにシフトさせる。

増幅媒体１１４は、ポンプ光が供給され、入力光を増幅する。増幅媒体１１４は、一例として、不純物が添加された光ファイバである。不純物は、例えば、エルビウム、ネオジウム、イッテルビウム、テルビウム、ツリウム等の希土類元素である。また、増幅媒体１１４は、ＷＤＭカプラ１１６を介してポンプ光源１１７からポンプ光が供給される。出力カプラ１１８は、共振器内でレーザ発振した光の一部を外部に出力する。

即ち、図２に示すレーザ装置１１０は、共振器内に周波数シフタ１１２を有するファイバリングレーザを構成する。レーザ装置１１０は、共振器内にアイソレータを更に有することが望ましい。また、レーザ装置１１０は、予め定められた波長帯域の光を通過させる光バンドパスフィルタを共振器内に有してもよい。このようなレーザ装置１１０が出力するレーザ光の周波数特性について次に説明する。

図３は、本実施形態に係るレーザ装置１１０が出力するレーザ光の一例を示す。図３は、時刻ｔ_０においてレーザ装置１１０が出力するレーザ光の光スペクトルを左側に示す。当該光スペクトルにおいては、横軸が光強度、縦軸が光の周波数を示す。また、光スペクトルの複数の縦モードを番号ｑで示す。複数の縦モードの周波数は、略一定の周波数間隔で並ぶ。ここで、光が共振器を１周する時間をτ_ＲＴ（＝１／ν_ｃ）とすると、複数の縦モードは、次式のように１／τ_ＲＴ（＝ν_ｃ）間隔で並ぶことになる。なお、ν_０は、時刻ｔ_０における光スペクトルの初期周波数とする。また、ν_ｃは、レーザ共振器の共振周波数ν_ｃである。

図３は、レーザ装置１１０が出力する複数の縦モードの時間経過にともなう周波数の変化を右側に示す。図３の右側においては、横軸が時間、縦軸が周波数を示す。即ち、図３は、レーザ装置１１０が出力するレーザ光の周波数の時間的な変化を右側に示し、当該レーザ光の時刻ｔ_０における瞬時周波数を左側に示したものである。

レーザ装置１１０は、共振器内の光が共振器を１周する毎に、周波数シフタ１１２が周回する光の周波数をν_ｓだけ増加させる。即ち、時間がτ_ＲＴ経過する毎に、各モードの周波数はν_ｓだけ増加するので、周波数の時間変化ｄν／ｄｔは、ν_ｓ／τ_ＲＴと略等しくなる。したがって、（数１）式で示した複数の縦モードは、時間ｔの経過に伴って、次式のように変化する。

［距離測定処理の詳細］
本実施形態に係る測定装置１００は、（数２）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。

一方、時刻ｔにおける参照光は、（数２）式と同様に次式で示すことができる。ここで、参照光をν_ｑ’（ｔ）とした。

ビート信号発生部１５０は、このような反射光および参照光を重畳させるので、（数３）式の複数の縦モードと（数４）式で示す複数の縦モードとの間の複数のビート信号が発生することになる。このようなビート信号の周波数をν_Ｂ（ｍ，ｄ）とすると、ν_Ｂ（ｍ，ｄ）は、（数３）式および（数４）式より次式で示すことができる。なお、ｍを縦モード番号の間隔（＝ｑ－ｑ’）とし、Δｔ＝２ｄ／ｃ、１／τ_ＲＴ＝ν_ｃとした。

（数５）式より、距離ｄは、次式のように示される。

（数６）式より、縦モード番号の間隔ｍを判別すれば、ビート信号の周波数観測結果から距離ｄを算出できることがわかる。なお、間隔ｍは、レーザ装置１１０の周波数シフト量ν_ｓを変化させた場合のビート信号の変化を検出することで、判別することができる。このような間隔ｍの判別方法は、特許文献１等に記載されているように既知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。

観測されるビート信号は常に正の周波数であるから、計算上、負の周波数側に発生するビート信号は、正側に折り返され、イメージ信号として観測される。このようなイメージ信号の発生について、次に説明する。

図４は、本実施形態に係る測定装置１００が検出するビート信号の周波数と、光ヘッド部１４０および計測対象物１０の間の距離ｄとの関係の一例を示す。図４の横軸は距離ｄを示し、縦軸はビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）を示す。図４の実線で示す複数の直線は、（数６）式に示したように、距離ｄに対するビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）の関係を、複数のｍ毎に示したグラフである。

図４のように、ｍの値に応じた複数のビート信号が発生する。しかしながら、反射光および参照光のそれぞれに含まれる複数の縦モードは、略一定の周波数間隔ν_ｃで並ぶので、ｍの値が等しい複数のビート信号は周波数軸上では略同一の周波数に重畳されることになる。例えば、周波数０からν_ｃの間の周波数帯域を観測した場合、複数のビート信号は略同一の周波数に重畳されて、１本の線スペクトルとして観測される。

これに加えて、０よりも小さい負の領域のビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）は、周波数の絶対値がイメージ信号として更に観測される。即ち、図４の縦軸が０よりも小さい領域のグラフは、周波数０を境界として折り返される。図４は、折り返されたイメージ信号を、複数の点線で示す。折り返された複数のイメージ信号は、正負が反転するだけなので、観測される周波数軸上では折り返される前の周波数の絶対値と同一の周波数に重畳される。例えば、周波数０からν_ｃの間の周波数帯域を観測した場合、このようなビート信号およびイメージ信号は、周波数がそれぞれν_ｃ／２にならない限り、それぞれ異なる周波数に位置する。

このように、周波数０からν_ｃの間の観測帯域においては、ビート信号ν_Ｂ（ｍ，ｄ）と、ビート信号ν_Ｂ（ｍ，ｄ）とはｍの値が異なるイメージ信号ν_Ｂ（ｍ’，ｄ）の２本の線スペクトルが発生する。ここで、一例として、ｍ’＝ｍ＋１である。この場合、ビート信号発生部１５０が直交検波を用いることで、このようなイメージ信号をキャンセルできる。そこで直交検波を用いたビート信号発生部１５０および周波数解析部１６０について、次に説明する。

図５は、本実施形態に係るビート信号発生部１５０および周波数解析部１６０の構成例を示す。ビート信号発生部１５０は、反射光および参照光を直交検波する。ビート信号発生部１５０は、光９０度ハイブリッド１５２と、第１光電変換部１５４と、第２光電変換部１５６とを有する。

光９０度ハイブリッド１５２は、入力する反射光および参照光をそれぞれ２つに分岐させる。光９０度ハイブリッド１５２は、分岐させた一方の反射光と、分岐させた一方の参照光とを光カプラ等で合波して第１ビート信号を発生させる。また、光９０度ハイブリッド１５２は、分岐させた他方の反射光と、分岐させた他方の参照光とを光カプラ等で合波して第２ビート信号を発生させる。ここで、光９０度ハイブリッド１５２は、分岐させた２つの参照光の間に９０度の位相差を生じさせてから、ビート信号を発生させる。光９０度ハイブリッド１５２は、例えば、分岐させた２つの参照光のうちいずれか一方に、π／２波長板を介してから反射光とそれぞれ合波させる。

第１光電変換部１５４および第２光電変換部１５６は、合波した反射光および参照光を受光して電気信号に変換する。第１光電変換部１５４および第２光電変換部１５６のそれぞれは、フォトダイオード等でよい。第１光電変換部１５４および第２光電変換部１５６のそれぞれは、一例として、バランス型フォトダイオードである。図５において、第１光電変換部１５４が第１ビート信号を発生させ、第２光電変換部１５６が第２ビート信号を発生させるものとする。以上のように、ビート信号発生部１５０は、位相を９０度異ならせた２つの参照光と反射光とをそれぞれ合波させて直交検波し、２つのビート信号を周波数解析部１６０に出力する。

周波数解析部１６０は、２つのビート信号を周波数解析する。ここでは、周波数解析部１６０が、第１ビート信号をＩ信号とし、第２ビート信号をＱ信号として周波数解析する例を説明する。周波数解析部１６０は、第１フィルタ部１６２、第２フィルタ部１６４、第１ＡＤ変換器２０２、第２ＡＤ変換器２０４、クロック信号供給部２１０、および信号処理部２２０を有する。

第１フィルタ部１６２および第２フィルタ部１６４は、ユーザ等が周波数解析したい周波数帯域とは異なる周波数帯域の信号成分を低減させる。ここで、ユーザ等が周波数解析したい周波数帯域を０からν_ｃとする。第１フィルタ部１６２および第２フィルタ部１６４は、例えば、周波数ν_ｃ以下の信号成分を通過させるローパスフィルタである。この場合、第１フィルタ部１６２は、周波数ν_ｃよりも高い周波数の信号成分を低減させた第１ビート信号を第１ＡＤ変換器２０２に供給する。また、第２フィルタ部１６４は、周波数ν_ｃよりも高い周波数の信号成分を低減させた第２ビート信号を第２ＡＤ変換器２０４に供給する。

第１ＡＤ変換器２０２および第２ＡＤ変換器２０４は、入力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。例えば、第１ＡＤ変換器２０２は第１ビート信号をデジタル信号に変換し、第２ＡＤ変換器２０４は第２ビート信号をデジタル信号に変換する。クロック信号供給部２１０は、第１ＡＤ変換器２０２および第２ＡＤ変換器２０４にクロック信号を供給する。これにより、第１ＡＤ変換器２０２および第２ＡＤ変換器２０４は、受け取ったクロック信号のクロック周波数と略同一のサンプリングレートでアナログ信号をデジタル信号に変換する。

ここで、観測帯域を０からν_ｃとすると、ビート信号の周波数は、最大でもレーザ共振器の共振器周波数ν_ｃである。したがって、クロック信号供給部２１０が、レーザ共振器の共振器周波数ν_ｃの２倍以上の周波数のクロック信号を、第１ＡＤ変換器２０２および第２ＡＤ変換器２０４に供給することで、ビート信号を観測することができる。

信号処理部２２０は、第１ビート信号および第２ビート信号を周波数データに変換する。信号処理部２２０は、一例として、第１ビート信号および第２ビート信号をそれぞれデジタルフーリエ変換（ＤＦＴ）する。信号処理部２２０は、周波数データに変換した第１ビート信号を実部、周波数データに変換した第２ビート信号を虚部として加算し、イメージ信号を相殺する。なお、周波数解析部１６０は、ビート信号がデジタル信号に変換された後は、集積回路等で信号処理部２２０を構成してよい。以上のビート信号発生部１５０における直交検波と周波数解析部１６０における周波数解析について、次に述べる。

図６は、本実施形態に係るビート信号発生部１５０および周波数解析部１６０の直交検波の概略の一例を示す。図６の横軸はビート信号の周波数、縦軸は信号強度を示す。図６は、Ｉ信号およびＱ信号のいずれか一方の周波数スペクトルを示す。Ｉ信号およびＱ信号のいずれの周波数スペクトルも、図６の上側に示すように、略同一のスペクトル形状となる。Ｉ信号およびＱ信号は、例えば、周波数０からν_ｃの間の周波数帯域に、ビート信号ν_Ｂ（ｍ，ｄ）およびイメージ信号ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）が観測される。この場合、Ｉ信号およびＱ信号は、負側の周波数０から－ν_ｃの間の周波数帯域に、ビート信号－ν_Ｂ（ｍ，ｄ）およびイメージ信号の元のビート信号－ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）が存在する。

ここで、Ｉ信号およびＱ信号は、ビート信号発生部１５０が直交検波した信号成分なので、スペクトル形状が同一であっても、異なる位相情報を含む。例えば、正側の周波数０からν_ｃの間の周波数帯域において、Ｉ信号のイメージ信号ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）とＱ信号のイメージ信号ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）とは、互いに位相が反転する。同様に、負側の周波数０から－ν_ｃの間の周波数帯域において、Ｉ信号のビート信号－ν_Ｂ（ｍ，ｄ）とＱ信号のビート信号－ν_Ｂ（ｍ，ｄ）とは、互いに位相が反転する。

したがって、図６の下側に示すように、信号処理部２２０がＩ信号およびＱ信号を用いてＩ＋ｊＱを算出すると、周波数０からν_ｃの間の周波数帯域において、周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）のビート信号が強め合い、周波数ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）のイメージ信号が相殺される。同様に、周波数０から－ν_ｃの間の周波数帯域において、周波数－ν_Ｂ（ｍ＋１，ｄ）のビート信号が強め合い、周波数－ν_Ｂ（ｍ，ｄ）のビート信号が相殺される。

このような信号処理部２２０の周波数解析結果により、周波数０からν_ｃの間の周波数帯域には１つのビート信号が周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）に観測されることになる。測定装置１００は、このようにして、イメージ信号をキャンセルできるので、ビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）を検出することができる。例えば、信号処理部２２０は、変換した周波数信号の信号強度が最も高くなる周波数をビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）として出力する。

ここで、測定装置１００が測定する距離ｄは、（数６）式で示されている。（数６）式より、ν_ｃ、ν_ｓ、およびν_Ｂ（ｍ，ｄ）の３つの周波数を用いることで、算出部１７０が距離ｄを算出できることがわかる。３つの周波数のうち、ν_Ｂ（ｍ，ｄ）は、以上説明したように、信号処理部２２０における周波数解析により検出できる。また、ν_ｃおよびν_ｓは、レーザ装置１１０の部材によって定まる周波数なので、固定値として取り扱うことができる。したがって、算出部１７０は、周波数解析部１６０が検出したビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）と、予め定められたν_ｃおよびν_ｓを用いて、距離ｄを算出する。以上のように、測定装置１００は、光ヘッド部１４０から計測対象物１０までの距離ｄを測定することができる。また、測定装置１００は、距離ｄに基準位置に対応するオフセット値を加算して、基準位置から計測対象物１０までの距離を算出して出力してもよい。

（数６）式より、ビート信号の信号周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）の測定精度が距離ｄの測定精度に与える影響は、ν_ｓおよびν_ｃの値が大きいほど小さくなることがわかる。ここで、ν_ｓおよびν_ｃの積ν_ｓν_ｃをチャープレートと呼ぶ。チャープレートは、単位時間当たりの周波数の変化率に基づくパラメータである。言い換えると、チャープレートを高くすることにより、測定装置１００の測定精度および分解能を向上させることができる。

周波数シフタ１１２の周波数シフト量ν_ｓは、例えば、音響光学素子を選択することにより、数百ＭＨｚ程度に大きくすることができる。図４で示したように、例えば、距離ｄは０からν_ｃまでの周波数間隔で解析するので、周波数シフト量ν_ｓに対する同一の次数ｍで測定可能な距離ｄ_ｍａｘは、次式のように示される。

（数７）式より、高精度、高分解能のために周波数シフタ１１２の周波数シフト量ν_ｓを大きくすると、同一の次数ｍで測定可能な距離ｄ_ｍａｘが小さくなることがわかる。測定可能な距離ｄ_ｍａｘが小さくなると次数ｍの値が変化するので、例えば、異なる複数の距離を測定する場合、異なる次数ｍを特定する頻度が増加する。次数ｍを特定する上述の既知の方法は、手間と時間がかかるので、測定時間が長くなってしまうことがある。

一方、周波数シフタ１１２の周波数シフト量ν_ｓを小さくして測定可能な距離ｄ_ｍａｘを大きくすると、上述のように測定精度は低減するが、例えば、最低次数（ｍ＝０）で測定可能な距離を拡大することができる。この場合、異なる複数の距離を測定しても、次数ｍを算出することなく測定できる頻度が増加する。また、同一の次数ｍを用いて測定できる頻度も増加するので、異なる次数ｍを特定する頻度が減少して測定時間を短くすることができる。

以上のように、測定装置１００は、周波数変調レーザ光のチャープレートに基づく性能を有する。このような測定装置１００は、ユーザの用途等に対応して、測定可能な距離ｄ_ｍａｘが大きい長レンジ低精度測定と、測定可能な距離ｄ_ｍａｘが小さい短レンジ高精度測定といった装置の性能を切り換えて実行できることが望ましい。そこで、測定装置１００にチャープレートが異なるレーザ装置１１０を複数設け、用途に対応するチャープレートのレーザ装置１１０を切り換えて用いることが考えられる。

この場合、制御部１９０は、ユーザの入力等に応じてレーザ装置１１０を切り換える。制御部１９０は、記憶部に記憶されているプログラムを実行して、レーザ装置１１０を切り換えてもよい。このような測定装置１００は、簡便に装置の性能を切り換え可能にすることができるが、レーザ装置１１０は高価なため、装置のコストが高くなり、また、装置規模も大きくなってしまうことがある。

そこで、本実施形態に係る測定装置１００は、レーザ装置１１０に代えて、チャープレートを制御信号に対応して変更可能なレーザ装置を用いることにより、装置規模が大きくなることを抑制し、低コストで簡便に装置の性能を切り換え可能とする。このようなレーザ装置の構成例について、次に説明する。

［レーザ装置３００の第１構成例］
図７は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第１構成例を示す。図７に示すレーザ装置３００において、図２に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備える。レーザ共振器は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、入力切換部３３０と、光カプラ３４０とを有する。

第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする。例えば、第１周波数シフタ３１０に入力した光の周波数をν_０、第１シフト量を＋ν_ｓ１とすると、第１周波数シフタ３１０は、ν_０＋ν_ｓ１の周波数の光を出力する。第１周波数シフタ３１０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して動作する。

第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第１シフト量よりも大きい第２シフト量だけシフトする。例えば、第１周波数シフタ３１０に入力した光の周波数をν_０、第２シフト量を＋ν_ｓ２とすると、第１周波数シフタ３１０は、ν_０＋ν_ｓ２の周波数の光を出力する（ν_ｓ２＞ν_ｓ１）。第２周波数シフタ３２０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して動作する。

入力切換部３３０は、レーザ共振器を周回する光を第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０のいずれか一方に入力させる。入力切換部３３０は、例えば、１入力２出力の光スイッチである。入力切換部３３０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して、入力した光を第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０のいずれか一方に出力する。

光カプラ３４０は、第１ポート３４１、第２ポート３４２、および第３ポート３４３を有する。第１ポート３４１には、第１周波数シフタ３１０から出力された光が入力する。第２ポート３４２には、第２周波数シフタ３２０から出力された光が入力する。第３ポート３４３は、第１ポート３４１および第２ポート３４２に入力した光の一部を出力する。光カプラ３４０は、例えば、第１ポート３４１に入力した光の略半分の強度の光を第３ポート３４３から出力し、第２ポート３４２に入力した光の略半分の強度の光を第３ポート３４３から出力する。

以上の第１構成例のレーザ装置３００は、制御信号に対応してチャープレートをν_ｓ１ν_ｃおよびν_ｓ２ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる周波数シフト帰還レーザである。したがって、制御部１９０は、入力切換部３３０を制御することで、レーザ装置３００から出力する周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。このような第１構成例のレーザ装置３００を搭載した測定装置１００は、例えば、第１周波数シフタ３１０を用いることで長レンジ低精度測定を実行でき、第２周波数シフタ３２０を用いることで短レンジ高精度測定を実行できる。

なお、図７に示す第１構成例のレーザ装置３００は一例であり、２つの周波数シフタを切り換える構成に限定されることはない。レーザ装置３００は、３以上のｎ個の周波数シフタを切り換える構成であってもよい。この場合、入力切換部３３０は、例えば、１入力ｎ出力の光スイッチである。入力切換部３３０は、複数の光スイッチの組み合わせによって１入力ｎ出力の光スイッチとして機能してもよい。これにより、第１構成例のレーザ装置３００は、チャープレートをν_ｓ１ν_ｃ、ν_ｓ２ν_ｃ、ν_ｓ３ν_ｃ、・・・、およびν_ｓｎν_ｃのいずれかに切り換えることができる。

［レーザ装置３００の第２構成例］
図８は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第２構成例を示す。図８に示すレーザ装置３００において、図２および図７に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備える。レーザ共振器は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、光カプラ３４０とを有する。

第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする。第１周波数シフタ３１０の第１シフト量は、図７に示す例と同様に＋ν_ｓ１とする。第１周波数シフタ３１０は、入力ポート３１１、第１出力ポート３１２、第２出力ポート３１３を含む。例えば、入力ポート３１１には周波数ν_０の光が入力する。

そして、第１周波数シフタ３１０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して動作している場合、入力ポート３１１に入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトしたν_０＋ν_ｓ１の周波数の光を第１出力ポート３１２から出力する。このように第１出力ポート３１２から出力する光を１次回折光と呼ぶ。また、第１周波数シフタ３１０は、外部からの制御信号に対応して動作していない場合、入力ポート３１１に入力した光の周波数と同じ周波数の光を第２出力ポート３１３から出力する。このように第２出力ポート３１３から出力する光を０次回折光と呼ぶ。

第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第２シフト量だけシフトする。第２周波数シフタ３２０の第２シフト量は、図７に示す例と同様に＋ν_ｓ２とする。第２周波数シフタ３２０は、入力ポート３２１、第１出力ポート３２２を含む。入力ポート３２１には、第１周波数シフタ３１０の第２出力ポート３１３から出力された０次回折光が入力する。

そして、第２周波数シフタ３２０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して動作し、第１周波数シフタ３１０が出力した０次回折光の周波数を第１シフト量とは異なる第２シフト量だけシフトする。第２シフト量は、第１シフト量よりも大きくてもよく、これに代えて、第１シフト量よりも小さくてもよい。第２周波数シフタ３２０は、例えば、ν_０＋ν_ｓ２の周波数の光を１次回折光として第１出力ポート３２２から出力する。

光カプラ３４０の第１ポート３４１には、第１周波数シフタ３１０の第１出力ポート３１２から出力された１次回折光が入力する。第２ポート３４２には、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から出力された１次回折光が入力する。第３ポート３４３は、第１ポート３４１および第２ポート３４２に入力した光の一部を出力する。

例えば、制御部１９０が第１周波数シフタ３１０を動作させることにより、第１周波数シフタ３１０の第１出力ポート３１２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１の周波数の光を出力させることができる。また、制御部１９０が第２周波数シフタ３２０を動作させたまま、第１周波数シフタ３１０の動作を停止することにより、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ２の周波数の光を出力させることができる。

以上のように、第２構成例のレーザ装置３００は、第１構成例のレーザ装置３００と同様に、外部からの制御信号に対応してチャープレートをν_ｓ１ν_ｃおよびν_ｓ２ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる周波数シフト帰還レーザである。測定装置１００がこのような第２構成例のレーザ装置３００を搭載した場合、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。これにより、測定装置１００は、長レンジ低精度測定と短レンジ高精度測定とを切り換えて実行することができる。

なお、図８に示す第２構成例のレーザ装置３００は一例であり、２つの周波数シフタの動作を切り換える構成に限定されることはない。レーザ装置３００は、３以上のｎ個の周波数シフタの動作を切り換える構成であってもよい。この場合、例えば、第２周波数シフタ３２０の０次回折光を次の３番目の周波数シフタに入力させる。

このように、ｎ番目の周波数シフタには、（ｎ－１）番目の周波数シフタの０次回折光が入力し、入力した光の周波数を他の周波数シフタの周波数シフト量とは異なる周波数シフト量だけシフトさせる。この場合、光カプラ３４０は、例えば、ｎ入力１出力の光カプラである。これにより、第２構成例のレーザ装置３００は、チャープレートをν_ｓ１ν_ｃ、ν_ｓ２ν_ｃ、ν_ｓ３ν_ｃ、・・・、およびν_ｓｎν_ｃのいずれかに切り換えることができる。

［レーザ装置３００の第３構成例］
図９は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第３構成例を示す。図９に示すレーザ装置３００において、図２、図７、および図８に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備える。レーザ共振器は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、光カプラ３４０とを有する。

第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする。第１周波数シフタ３１０の第１シフト量は、図７に示す例と同様に＋ν_ｓ１とする。第１周波数シフタ３１０は、入力ポート３１１、第１出力ポート３１２を含む。第１周波数シフタ３１０は、例えば、入力ポート３１１に入力した周波数ν_０の光の周波数を＋ν_ｓ１だけシフトしたν_０＋ν_ｓ１の周波数の光を１次回折光として第１出力ポート３１２から出力する。

第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第２シフト量だけシフトする。第２周波数シフタ３２０の第２シフト量を＋ν_ｓ２とする。第２周波数シフタ３２０は、入力ポート３２１、第１出力ポート３２２、および第２出力ポート３２３を含む。入力ポート３２１には、第１周波数シフタ３１０の第１出力ポート３１２から出力された１次回折光が入力する。

そして、第２周波数シフタ３２０は、例えば、制御部１９０等の外部からの制御信号に対応して動作し、第１周波数シフタ３１０が出力した１次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする。第２シフト量は、第１シフト量と同じシフト量でもよく、これに代えて、第１シフト量とは異なるシフト量でもよい。第２周波数シフタ３２０は、例えば、ν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ２の周波数の光を１次回折光として第１出力ポート３２２から出力する。

また、第２周波数シフタ３２０は、外部からの制御信号に対応して動作していない場合、入力ポート３２１に入力した光の周波数と同じ周波数の光を第２出力ポート３２３から０次回折光として出力する。なお、入力ポート３２１に入力した光は、第１周波数シフタ３１０の１次回折光なので、第２出力ポート３２３が出力する０次回折光は、ν_０＋ν_ｓ１の周波数の光となる。

光カプラ３４０は、第１ポート３４１、第２ポート３４２、および第３ポート３４３を有する。第１ポート３４１には、第２周波数シフタ３２０の第２出力ポート３２３から出力された０次回折光が入力する。第２ポート３４２には、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から出力された１次回折光が入力する。第３ポート３４３は、第１ポート３４１および第２ポート３４２に入力した光の一部を出力する。

例えば、制御部１９０が第１周波数シフタ３１０を動作させたまま第２周波数シフタ３２０を動作させることにより、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ２の周波数の光を出力させることができる。また、制御部１９０が第１周波数シフタ３１０を動作させたまま第２周波数シフタ３２０の動作を停止させることにより、第２周波数シフタ３２０の第２出力ポート３２３から０次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１の周波数の光を出力させることができる。

以上のように、第３構成例のレーザ装置３００は、外部からの制御信号に対応してチャープレートをν_ｓ１ν_ｃおよび（ν_ｓ１＋ν_ｓ２）ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる周波数シフト帰還レーザである。測定装置１００がこのような第３構成例のレーザ装置３００を搭載した場合、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。これにより、測定装置１００は、長レンジ低精度測定と短レンジ高精度測定とを切り換えて実行することができる。

［レーザ装置３００の第４構成例］
図１０は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第４構成例を示す。図１０に示すレーザ装置３００において、図２、図７から図９に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備える。レーザ共振器は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、光カプラ３４０と、第３周波数シフタ３５０とを有する。

第４構成例のレーザ装置３００は、第３構成例のレーザ装置３００に第３周波数シフタ３５０がさらに設けられている構成である。そこで、第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０の重複する説明を省略する。

第３周波数シフタ３５０は、入力した光の周波数を第３シフト量だけシフトする。第３周波数シフタ３５０の第３シフト量を＋ν_ｓ３とする。第３周波数シフタ３５０は、第２周波数シフタ３２０が出力した０次回折光の周波数を第２シフト量とは異なる第３シフト量だけシフトする。第３周波数シフタ３５０は、入力ポート３５１、出力ポート３５２を含む。

例えば、第３周波数シフタ３５０の入力ポート３５１には、第２周波数シフタ３２０の第２出力ポート３２３から出力されたν_０＋ν_ｓ１の周波数の光が入力する。そして、第３周波数シフタ３５０は、出力ポート３５２からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ３の周波数の光を１次回折光として出力する。

この場合、光カプラ３４０の第１ポート３４１には、第２周波数シフタ３２０が出力した１次回折光が入力する。光カプラ３４０の第２ポート３４２には、第３周波数シフタ３５０が出力した１次回折光が入力する。そして、光カプラ３４０の第３ポート３４３は、第１ポート３４１および第２ポート３４２に入力した光の一部を出力する。

例えば、第１周波数シフタ３１０を動作させたまま第２周波数シフタ３２０を動作させることにより、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ２の周波数の光を出力させることができる。また、第１周波数シフタ３１０および第３周波数シフタ３５０を動作させたまま第２周波数シフタ３２０の動作を停止させることにより、第３周波数シフタ３５０の出力ポート３５２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ３の周波数の光を出力させることができる。

以上のように、第４構成例のレーザ装置３００は、外部からの制御信号に対応してチャープレートを（ν_ｓ１＋ν_ｓ２）ν_ｃおよび（ν_ｓ１＋ν_ｓ３）ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる周波数シフト帰還レーザである。測定装置１００がこのような第４構成例のレーザ装置３００を搭載した場合、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。これにより、測定装置１００は、長レンジ低精度測定と短レンジ高精度測定とを切り換えて実行することができる。

なお、チャープレートの変化範囲を大きくすると、測定装置１００が切り換えられる性能の範囲を拡大することができるので、より望ましい場合がある。例えば、第４構成例のレーザ装置３００の場合、第２周波数シフタ３２０の第２シフト量と、第３周波数シフタ３５０の第３シフト量との差をより大きくすることが望ましい。

例えば、第２周波数シフタ３２０の第２シフト量は、第３周波数シフタ３５０の第３シフト量と比較して正負が異なっていることがより望ましい。図１０は、第２周波数シフタ３２０の第２シフト量を－ν_ｓ２とした例を示す。この場合、レーザ装置３００は、外部からの制御信号に対応してチャープレートを（ν_ｓ１－ν_ｓ２）ν_ｃおよび（ν_ｓ１＋ν_ｓ３）ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる。測定装置１００がこのような第４構成例のレーザ装置３００を搭載した場合、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。

［レーザ装置３００の第５構成例］
図１１は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第５構成例を示す。図１１に示すレーザ装置３００において、図２、図７から図１０に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備える。レーザ共振器は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、光カプラ３４０と、第３周波数シフタ３５０とを有する。

第５構成例のレーザ装置３００は、第４構成例のレーザ装置３００の変形例である。第５構成例のレーザ装置３００において、第２周波数シフタ３２０は、第１周波数シフタ３１０が出力した０次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする。例えば、第２周波数シフタ３２０の入力ポート３２１には、第１周波数シフタ３１０の第２出力ポート３１３から出力されたν_０の周波数の光が入力する。そして、第２周波数シフタ３２０は、第１出力ポート３２２からν_０＋ν_ｓ２の周波数の光を１次回折光として出力する。これに代えて、第２周波数シフタ３２０は、第１出力ポート３２２からν_０－ν_ｓ２の周波数の光を１次回折光として出力してもよい。

また、第３周波数シフタ３５０は、第１周波数シフタ３１０が出力した１次回折光の周波数を第３シフト量だけシフトする。例えば、第３周波数シフタ３５０の入力ポート３５１には、第１周波数シフタ３１０の第１出力ポート３１２から出力されたν_０＋ν_ｓ１の周波数の光が入力する。そして、第３周波数シフタ３５０は、出力ポート３５２からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ３の周波数の光を１次回折光として出力する。

例えば、制御部１９０が第３周波数シフタ３５０を動作させたまま第１周波数シフタ３１０を動作させることにより、第３周波数シフタ３５０の出力ポート３５２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ１＋ν_ｓ３の周波数の光を出力させることができる。また、制御部１９０が第２周波数シフタ３２０を動作させたまま第１周波数シフタ３１０の動作を停止させることにより、第２周波数シフタ３２０の第１出力ポート３２２から１次回折光を出力させ、光カプラ３４０の第３ポート３４３からν_０＋ν_ｓ２の周波数の光を出力させることができる。

以上のように、第５構成例のレーザ装置３００は、外部からの制御信号に対応してチャープレートを（ν_ｓ１＋ν_ｓ３）ν_ｃおよびν_ｓ２ν_ｃのいずれか一方に切り換えることができる周波数シフト帰還レーザである。測定装置１００がこのような第５構成例のレーザ装置３００を搭載した場合、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換えることができる。

なお、第５構成例のレーザ装置３００において、第２周波数シフタ３２０は、第１出力ポート３２２からν_０－ν_ｓ２の周波数の光を１次回折光として出力してもよい。周波数シフタは、周波数のシフト方向を負にしても入力した光の周波数を絶対値｜－ν_ｓ２｜だけシフトさせる。したがって、第２周波数シフタ３２０のシフト方向を変更しても、レーザ装置３００は、チャープレートを（ν_ｓ１＋ν_ｓ３）ν_ｃおよびν_ｓ２ν_ｃのいずれか一方に切り換える装置であることに変わりはない。

以上のように、本実施形態に係る測定装置１００は、図２で説明したレーザ装置１１０に代えて、複数の周波数シフタを有するレーザ装置３００を備える。そして、制御部１９０は、複数の周波数シフタを制御して、レーザ装置３００が出力した周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換える。

これにより、測定装置１００は、容易に性能を切り換えることができる。なお、図８から図１１で説明したレーザ装置３００の場合、光スイッチ等による光路の切り換えなしに、周波数シフタを制御するだけで容易にチャープレートを切り換えて測定装置１００の性能を切り換えることができる。また、測定装置１００は、ユーザが測定装置１００を操作して入力した測定距離レンジ、測定精度、分解能等に対応して、レーザ装置３００のチャープレートを切り換えて、対応する性能に切り換えてよい。

例えば、制御部１９０は、測定装置１００から計測対象物１０までの距離がより長い場合に、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートをより低くする。このように、測定装置１００は、長レンジ低精度測定に切り換えることで、例えば、測定装置１００および計測対象物１０の間の距離を０次といった低い次数で高速に測定することができる。

また、制御部１９０は、測定装置１００から計測対象物１０までの距離をより高い精度、より高い分解能で測定する場合に、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートをより高くする。更に、測定装置１００は、長レンジ低精度測定を実行してから、短レンジ高精度測定に切り換えて測定装置１００および計測対象物１０の間の距離を測定してもよい。このような測定装置１００の動作について次に説明する。

［測定装置１００の動作フロー］
図１２は、本実施形態に係る測定装置１００の動作フローの一例を示す。測定装置１００は、図１２のＳ５１０からＳ５７０までの動作を実行することにより、長レンジかつ高精度な測定を速やかに実行する。

まず、制御部１９０は、レーザ装置３００を制御して、チャープレートを第１チャープレートにした周波数変調レーザ光をレーザ装置３００から出力させる（Ｓ５１０）。第１チャープレートは、より値の低いレートである。第１チャープレートは、設定できるレートのうち最も値の低いレートであることが望ましい。言い換えると、制御部１９０は、測定装置１００を測定可能な距離がより長い測定レンジまたは測定可能な距離が最も長い測定レンジに切り換えて、当該測定装置１００と計測対象物１０との間の距離を最低次数で測定可能とする。

次に、測定装置１００は、長レンジ低精度測定で当該測定装置１００と計測対象物１０との間の距離を測定する。例えば、分岐部１２０は、周波数変調レーザ光を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させる。ビート信号発生部１５０は、測定光を計測対象物１０に照射して反射された反射光と、参照光とを混合してビート信号を発生させる。そして、周波数解析部１６０は、ビート信号発生部１５０が発生させたビート信号を周波数解析する（Ｓ５２０）。

次に、算出部１７０は、周波数解析部１６０が周波数解析した結果に基づき、参照光と測定光との伝搬距離の差を第１チャープレートに対応する第１算出条件で算出する（Ｓ５３０）。算出部１７０は、例えば、（数６）式にｍ＝０の最低次数の条件を適用して、距離ｄを算出する。本実施形態において、算出部１７０が用いる第１チャープレートに対応する最低次数の条件を第１算出条件とする。このように、測定装置１００は、測定レンジを拡大することにより、縦モード番号の間隔ｍを他の方法で判別することなく距離ｄを速やかに測定する。

次に、算出部１７０は、参照光と測定光との伝搬距離の差に基づいて、第２算出条件を特定する（Ｓ５４０）。第２算出条件は、伝搬距離の差を第１算出条件で算出する際の測定精度よりも高い測定精度で算出する際に用い、周波数変調レーザ光の第１チャープレートよりも高い第２チャープレートに対応する条件である。第２算出条件は、算出部１７０が用いる第２チャープレートに対応する次数ｍの値である。

算出部１７０は、参照光と測定光との伝搬距離の差を既に算出しているので、測定レンジを切り換えて同一の計測対象物１０と測定装置１００との間の距離を測定する場合、次数ｍの値を算出できる。なお、算出部１７０による距離ｄの算出結果は、測定レンジを拡大した分だけ測定精度が低くなってはいるが、ｍの値を算出するには十分な測定精度であることは言うまでもない。

次に、制御部１９０は、レーザ装置３００の周波数変調レーザ光のチャープレートを第１チャープレートから第２チャープレートに切り換える（Ｓ５５０）。言い換えると、制御部１９０は、測定装置１００の測定可能な距離がより短い測定レンジに切り換える。

次に、測定装置１００は、短レンジ高精度測定で当該測定装置１００と計測対象物１０との間の距離を測定する。例えば、分岐部１２０は、周波数変調レーザ光を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させる。ビート信号発生部１５０は、測定光を計測対象物１０に照射して反射された反射光と、参照光とを混合してビート信号を発生させる。そして、周波数解析部１６０は、ビート信号発生部１５０が発生させたビート信号を周波数解析する（Ｓ５６０）。

次に、算出部１７０は、チャープレートを切り換えた後に周波数解析した結果に基づき、参照光と測定光との伝搬距離の差を第２算出条件で算出する（Ｓ５７０）。算出部１７０は、Ｓ５４０で第２算出条件として特定した次数ｍの値を（数６）式に適用して距離ｄを算出する。これにより、測定装置１００は、短レンジ高精度測定で測定装置１００および計測対象物１０の間の距離を測定した結果を出力することができる。

以上のように、測定装置１００は、測定装置１００および計測対象物１０の間の距離を短レンジ高精度測定で測定するために用いる次数ｍの値を、長レンジ低精度測定の測定結果から特定する。したがって、測定装置１００は、次数ｍを他の方法で特定することなく距離ｄを高精度で速やかに測定することができる。

以上の測定装置１００は、長レンジ低精度測定を実行し、次数ｍの値を特定してから短レンジ高精度測定を実行する例を説明したが、これに限定されることはない。算出部１７０による距離ｄの算出はビート信号の測定後であれば実行できるので、測定装置１００は、長レンジ低精度測定と短レンジ高精度測定とを実行してから、次数ｍの値を特定して距離ｄを算出してもよい。すなわち、算出部１７０は、Ｓ５５０とＳ５７０との間にＳ５４０の処理を実行してもよい。また、測定装置１００は、短レンジ高精度測定の後に長レンジ低精度測定を実行してもよい。

［ドップラーシフトに起因する誤差の低減例］
以上の本実施形態に係る測定装置１００は、長レンジ低精度測定および短レンジ高精度測定を切り換えて測定する例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、測定装置１００は、移動している計測対象物１０を測定することがある。また、測定装置１００が移動しつつ計測対象物１０を測定することがある。この場合、測定装置１００および計測対象物１０の間の距離が相対的に変化して、測定装置１００の測定結果にドップラー周波数シフト（以下、ドップラーシフト）に起因する誤差が生じることがある。測定装置１００は、このようなドップラーシフトに起因する誤差を低減するためにチャープレートを切り換えてもよい。

例えば、測定装置１００と計測対象物１０とが測定光の光軸において相対移動速度Ｖで移動している場合、測定装置１００が検出するビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）は、次式のようにドップラーシフトに起因する誤差Δν_Ｒを含む周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_１となる。ここで、誤差Δν_Ｒ１は、０以上の値であり、Ｖ＝０で０になるものとする。

同一の計測対象物１０に対して、測定装置１００がチャープレートの絶対値を略一定にしたままチャープレートの正負の符号を反転させても、測定装置１００の測定結果には、（数８）式と同様にドップラーシフトに起因する誤差Δν_Ｒ２が生じる。しかしながら、レーザ装置１１０の周波数の掃引方向が逆になるので、測定装置１００が検出するビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_２は、次式のように誤差の項の正負が反転する。ここで、誤差Δν_Ｒ２は、誤差Δν_Ｒ１と同様に、０以上の値であり、Ｖ＝０で０になるものとする。

なお、チャープレートの正負の符号を反転させる前後において、チャープレートの絶対値が略一定の場合、誤差Δν_Ｒ１と誤差Δν_Ｒ２は、ほぼ同じ値になる。したがって、測定装置１００の算出部１７０がビート信号周波数の測定結果ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_１およびν_Ｂ（ｍ，ｄ）_２の和の１／２を算出することで、ドップラーシフトに起因する誤差を低減できることがわかる。

このように、ドップラーシフトに起因する誤差を低減させる測定装置１００は、例えば、図７に示すようなレーザ装置３００を備える。レーザ装置３００の構成は、図７で説明したので、ここでは重複する説明を省略する。

第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量＋ν_ｓ１だけシフトする。そして、第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第１シフト量＋ν_ｓ１とは正負が異なる第２シフト量－ν_ｓ２だけシフトする。ここで、第１シフト量の絶対値は、第２シフト量の絶対値とほぼ等しいことが望ましい。このようなレーザ装置３００に対して、制御部１９０は、入力切換部３３０を制御することで、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートの正負の符号を切り換えることができる。

なお、周波数変調レーザ光のチャープレートは、周波数のシフト量ν_ｓと共振器周波数ν_ｃとの積ν_ｓν_ｃである。言い換えると、第１周波数シフタ３１０を用いた場合にレーザ装置３００が出力する周波数変調レーザ光の第１チャープレートは、第１周波数シフタ３１０が出力した１次回折光が周回するレーザ共振器の共振器長に対応する第１共振器周波数ν_ｃ１と、第１シフト量ν_ｓ１との乗算結果に等しい。

また、第２周波数シフタ３２０を用いた場合にレーザ装置３００が出力する周波数変調レーザ光の第２チャープレートは、第２周波数シフタ３２０が出力した１次回折光が周回するレーザ共振器の共振器長に対応する第２共振器周波数ν_ｃ２と、第２シフト量－ν_ｓ２との乗算結果に等しい。したがって、レーザ装置３００は、第１周波数シフタ３１０を通過する光路の共振器長と、第２周波数シフタ３２０を通過する光路の共振器長とが、ほぼ一致するように製造されていることが望ましい。

これにより、第１チャープレートの絶対値と、第２チャープレートの絶対値とを、ほぼ一致させることができる。そして、制御部１９０は、入力切換部３３０を制御することで、周波数変調レーザ光のチャープレートを第１チャープレートおよび第２チャープレートのいずれか一方に切り換えることができる。

これに代えて、または、これに加えて、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０の第１シフト量と第２周波数シフタ３２０の第２シフト量とを調節してもよい。制御部１９０は、例えば、第１周波数シフタ３１０の第１シフト量が＋ν_ｓ１となるように、第１周波数シフタ３１０に周波数ν_ｓ１の駆動信号を供給する。また、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０の第２シフト量が－ν_ｓ２となるように、第２周波数シフタ３２０に周波数ν_ｓ２の駆動信号を供給する。

ここで、制御部１９０が第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０に供給する駆動信号の周波数ν_ｓ１およびν_ｓ２は、次式を満たすように調節されていることが望ましい。なお、第１共振器周波数ν_ｃ１および第２共振器周波数ν_ｃ２は、予め測定されているものとする。

例えば、第１周波数シフタ３１０が出力した１次回折光が周回するレーザ共振器の共振器長と、第２周波数シフタ３２０が出力した１次回折光が周回するレーザ共振器の共振器長とが異なる場合がある。この場合、第１共振器周波数ν_ｃ１および第２共振器周波数ν_ｃ２が異なる周波数になってしまう。しかしながら、制御部１９０が（数１０）式を満たす駆動信号ν_ｓ１を第１周波数シフタ３１０に、および駆動信号ν_ｓ２を第２周波数シフタ３２０に供給することで、第１チャープレートの絶対値と第２チャープレートの絶対値とを容易に一致させることができる。したがって、レーザ装置３００は、共振器長の精密な調整をすることなく、レーザ装置３００を製造することができる。

以上、ドップラーシフトに起因する誤差を低減できる測定装置１００に設けられているレーザ装置３００が図７の構成を有する例を説明したが、これに限定されることはない。レーザ装置３００は、図８の構成を有してもよい。この場合、第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量＋ν_ｓ１だけシフトする。また、第２周波数シフタ３２０は、第１周波数シフタ３１０が出力した０次回折光の周波数を第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量－ν_ｓ１だけシフトする。

この場合においても、第１シフト量の絶対値は、第２シフト量の絶対値とほぼ等しいことが望ましい。また、レーザ装置３００は、第１周波数シフタ３１０を通過する光路の共振器長と、第２周波数シフタ３２０を通過する光路の共振器長とが、ほぼ一致するように製造されていることが望ましい。これに代えて、または、これに加えて、制御部１９０は、（数１０）式を満たすように調節されている周波数ν_ｓ１およびν_ｓ２の駆動信号を第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０に供給することがより望ましい。

これにより、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０を動作させるか否かを切り換えることに基づき、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートの正負の符号を容易に切り換えることができる。そして、測定装置１００は、第１チャープレートによるビート信号周波数の測定結果と第２チャープレートによるビート信号周波数の測定結果とを用いることで、ドップラーシフトに起因する誤差を低減できる。

以上のように、図７および図８に示すレーザ装置３００の構成例は、長レンジ低精度測定と短レンジ高精度測定とを切り換えるために用いることもでき、また、ドップラーシフトに起因する誤差を低減させるためにも用いることができる。したがって、このようなレーザ装置３００を搭載した測定装置１００は、長レンジ低精度測定と、短レンジ高精度測定の切り換え、またはドップラーシフトに起因する誤差を低減させる測定を実現できる。

例えば、図７に示すレーザ装置３００の構成例において、３以上の周波数シフタを切り換える構成であってもよいことを説明した。そこで、レーザ装置３００は、周波数シフト量が＋ν_ｓ１の第１周波数シフタ３１０と、周波数シフト量が－ν_ｓ２の第２周波数シフタ３２０に加えて、周波数シフト量が＋ν_ｓ３の第３周波数シフタを有する例を考える。この場合、入力切換部３３０は、レーザ共振器を周回する光を３つの周波数シフタのうちいずれか１つの周波数シフタに入力させる。

これにより、レーザ装置３００は、例えば、長レンジ低精度測定の場合は第３周波数シフタを用いたチャープレートの周波数変調レーザ光を出力させ、短レンジ高精度測定の場合は第１周波数シフタ３１０を用いたチャープレートの周波数変調レーザ光を出力させ、ドップラーシフトに起因する誤差を低減させる場合は第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０を用いた２つのチャープレートの周波数変調レーザ光を切り換えて出力させることができる。図８に示すレーザ装置３００の構成例も、３以上の周波数シフタを切り換える構成であってもよいので、同様の機能を有するように構成できる。

以上、本実施形態に係る制御部１９０は、測定装置１００から計測対象物１０までの距離が相対的に変化している場合に、レーザ装置３００から出力される周波数変調レーザ光のチャープレートの正負の符号を切り換える例を説明したが、レーザ装置３００の構成は図７および図８の構成に限定されることはない。レーザ装置３００は、独立したレーザ共振器を２つ有してもよい。このようなレーザ装置３００について次に説明する。

［レーザ装置３００の第６構成例］
図１３は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第６構成例を示す。図１３に示すレーザ装置３００において、図２、図７から図１１に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、第１レーザ共振器３０１と、第２レーザ共振器３０２と、光合波部３６０とを備える。

第１レーザ共振器３０１は、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、第１周波数シフタ３１０とを有する。第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量＋ν_ｓ１だけシフトする。これにより、第１レーザ共振器３０１は、第１チャープレートの第１周波数変調レーザ光を出力する。

また、第２レーザ共振器３０２は、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、第２周波数シフタ３２０とを有する。第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量－ν_ｓ１だけシフトする。これにより、第２レーザ共振器３０２は、第２チャープレートの第２周波数変調レーザ光を出力する。

光合波部３６０は、第１ポート３６１と、第２ポート３６２と、第３ポート３６３とを有する。第１ポート３６１には、第１レーザ共振器３０１が出力した第１周波数変調レーザ光が入力する。第２ポート３６２には、第２レーザ共振器３０２が出力した第２周波数変調レーザ光が入力する。第３ポート３６３は、第１ポート３６１および第２ポート３６２に入力したレーザ光の少なくとも一部を出力する。

このようなレーザ装置３００に対して、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０を動作させることにより、第１チャープレートの周波数変調レーザ光をレーザ装置３００から出力させることができる。また、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０を動作させることにより、第２チャープレートの周波数変調レーザ光をレーザ装置３００から出力させることができる。

この場合においても、第１シフト量の絶対値は、第２シフト量の絶対値とほぼ等しいことが望ましい。また、レーザ装置３００は、第１レーザ共振器３０１の共振器長と、第２レーザ共振器３０２の共振器長とが、ほぼ一致するように製造されていることが望ましい。これに代えて、または、これに加えて、制御部１９０は、（数１０）式を満たすように調節されている周波数ν_ｓ１およびν_ｓ２の駆動信号を第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０に供給することがより望ましい。

なお、図１３に示すレーザ装置３００において、光合波部３６０は、光スイッチでもよい。制御部１９０は、光スイッチを制御することにより、第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光のいずれか一方のレーザ光を出力させることができる。

以上の本実施形態に係るレーザ装置３００は、周波数変調レーザ光のチャープレートを切り換え可能に構成されている例を説明したが、これに限定されることはない。測定装置１００がドップラーシフトに起因する誤差を低減させる場合、レーザ装置３００は、絶対値が同じで正負が異なるチャープレートの２つの周波数変調レーザ光を出力してもよい。

例えば、図１３に示す第６構成例のレーザ装置３００において、第１レーザ共振器３０１が出力する第１周波数変調レーザ光を、偏波保持ファイバを介して光合波部３６０に入力させる。ここで、第１周波数変調レーザ光の偏光方向は、偏波保持ファイバのｆａｓｔ軸の方向またはｓｌｏｗ軸の方向と略一致するように調整されている。なお、第１周波数変調レーザ光の偏光方向を調整するために、第１レーザ共振器３０１および光合波部３６０の間に、光軸方向に垂直な面において、光軸を中心として回転可能なλ／２波長板が更に設けられていてもよい。

また、第６構成例のレーザ装置３００において、第２レーザ共振器３０２が出力する第２周波数変調レーザ光を、偏波保持ファイバを介して光合波部３６０に入力させる。第２周波数変調レーザ光の偏光方向は、第１周波数変調レーザ光の偏光方向と同様に、偏波保持ファイバのｆａｓｔ軸の方向またはｓｌｏｗ軸の方向と略一致するように調整されている。そして、第１周波数変調レーザ光の偏光方向と第２周波数変調レーザ光の偏光方向とが直交するように光合波部３６０に入力する。なお、第１レーザ共振器３０１および第２レーザ共振器３０２を構成する光ファイバは、偏波保持ファイバであってもよい。

光合波部３６０は、偏光ビームスプリッタを有し、第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光を合波する。光合波部３６０は、合波した第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光を偏波保持ファイバに出力する。光合波部３６０は、例えば、第１周波数変調レーザ光の偏光方向が偏波保持ファイバのｆａｓｔ軸の方向と略一致し、第２周波数変調レーザ光の偏光方向が偏波保持ファイバのｓｌｏｗ軸の方向と略一致するように、合波した光を出力する。

以上により、レーザ装置３００および光合波部３６０は、偏光方向が互いに直交する第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光を１つの偏波保持ファイバを用いて伝送させることができる。この場合、図１で説明した測定装置１００の光学系も偏波保持ファイバを用いることで、第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光をそれぞれ測定光と参照光に分岐することができる。そして、分岐した２つの測定光を計測対象物１０に照射して反射した２つの反射光を１つの偏波保持ファイバを用いてビート信号発生部１５０に伝送できる。同様に、分岐した２つの参照光を１つの偏波保持ファイバを用いてビート信号発生部１５０に伝送できる。

ここで、１つの偏波保持ファイバを介して伝送された反射光を偏光ビームスプリッタに入力させると、偏光ビームスプリッタは、第１周波数変調レーザ光の反射光と第２周波数変調レーザ光の反射光とに分割できる。同様に、１つの偏波保持ファイバを介して伝送された参照光を偏光ビームスプリッタに入力させると、偏光ビームスプリッタは、第１周波数変調レーザ光の参照光と第２周波数変調レーザ光の参照光とに分割できる。

そこで、ビート信号発生部１５０は、２つの反射光を伝送する偏波保持ファイバの出力端と、２つの参照光を伝送する偏波保持ファイバの出力端とに、偏光ビームスプリッタをそれぞれ有する。そして、ビート信号発生部１５０は、第１周波数変調レーザ光の反射光と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１５０は、第１周波数変調レーザ光の反射光と参照光とを直交検波してもよい。測定装置１００は、このようにして発生させたビート信号に基づき、第１チャープレートの第１周波数変調レーザ光を用いたビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_１を測定できる。

また、ビート信号発生部１５０は、第２周波数変調レーザ光の反射光と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１５０は、第２周波数変調レーザ光の反射光と参照光とを直交検波してもよい。測定装置１００は、このようにして発生させたビート信号に基づき、第２チャープレートの第２周波数変調レーザ光を用いたビート信号の周波数ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_２測定できる。

したがって、測定装置１００は、測定したビート信号周波数の測定結果ν_Ｂ（ｍ，ｄ）_１およびν_Ｂ（ｍ，ｄ）_２の和の１／２を算出することで、ドップラーシフトに起因する誤差を低減できる。このように、正負の符号が異なるチャープレートの周波数変調レーザ光の偏光方向を直交させるように伝送することで、それぞれの周波数変調レーザ光に基づくビート信号を発生させて測定できる。したがって、例えば、レーザ装置３００は、２つの周波数変調レーザ光を同時に出力してもよく、この場合、測定装置１００は、ドップラーシフトに起因する誤差を低減させつつ、測定時間を短縮することができる。

以上のレーザ装置３００は、２つの独立した共振器を用いて、異なるチャープレートの２つの周波数変調レーザ光を出力する例を説明したが、これに限定されることはない。レーザ装置３００は、偏光方向の異なる第１周波数変調レーザ光および第２周波数変調レーザ光を１つの共振器を用いて出力させてもよい。

［レーザ装置３００の第７構成例］
図１４は、本実施形態に係るレーザ装置３００の第７構成例を示す。図１４に示すレーザ装置３００において、図２、図７から図１１に示された本実施形態に係るレーザ装置１１０およびレーザ装置３００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、重複する説明を省略する。レーザ装置３００は、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、第１周波数シフタ３１０と、第２周波数シフタ３２０と、光合波部３６０と、光分岐部３７０とを有する。

第７構成例のレーザ装置３００の共振器を構成している光ファイバは、偏波保持ファイバであることが望ましい。光分岐部３７０は、偏光ビームスプリッタを有し、入力する光を第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０の２つの方向に分岐させる。光分岐部３７０は、例えば、入力する光のうちｆａｓｔ軸の方向に略一致する偏光方向の光を第１周波数シフタ３１０へと出力する。この場合、光分岐部３７０は、入力する光のうちｓｌｏｗ軸の方向に略一致する偏光方向の光を第２周波数シフタ３２０へと出力する。

第１周波数シフタ３１０は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする。第２周波数シフタ３２０は、入力した光の周波数を第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする。光合波部３６０は、偏光ビームスプリッタを有し、第１周波数シフタ３１０が出力した光と第２周波数シフタ３２０が出力した光とを合波する。

光合波部３６０は、第１周波数シフタ３１０によって周波数シフトされた光をｆａｓｔ軸の方向に略一致する偏光方向の光として出力する。この場合、光合波部３６０は、第２周波数シフタ３２０によって周波数シフトされた光をｓｌｏｗ軸の方向に略一致する偏光方向の光として出力する。

このようなレーザ装置３００は、第１周波数シフタ３１０を通過した光の偏光方向を共振器内の偏波保持ファイバのｆａｓｔ軸に合わせて周回させて、第１周波数変調レーザ光を発生可能である。そして、制御部１９０は、第１周波数シフタ３１０を駆動することで、レーザ装置３００から第１周波数変調レーザ光を発生させる。レーザ装置３００は、発生させた第１周波数変調レーザ光を出力カプラ１１８から出力する。出力カプラ１１８は、偏波保持型のカプラであり、第１周波数変調レーザ光の偏光方向を出力ポートの偏波保持ファイバのｆａｓｔ軸の方向に合わせて出力する。

また、レーザ装置３００は、第２周波数シフタ３２０を通過した光の偏光方向を共振器内の偏波保持ファイバのｓｌｏｗ軸に合わせて周回させて、第２周波数変調レーザ光を発生可能である。そして、制御部１９０は、第２周波数シフタ３２０を駆動することで、レーザ装置３００から第２周波数変調レーザ光を発生させる。レーザ装置３００は、発生させた第２周波数変調レーザ光を出力カプラ１１８から出力する。出力カプラ１１８は、第２周波数変調レーザ光の偏光方向を出力ポートの偏波保持ファイバのｓｌｏｗ軸の方向に合わせて出力する。

以上の第７構成例のレーザ装置３００は、制御部１９０から第１周波数シフタ３１０または第２周波数シフタ３２０を駆動する駆動信号を受け取ったことに応じて、駆動信号に対応する第１チャープレートまたは第２チャープレートの１つの周波数変調レーザ光を出力できる。また、レーザ装置３００は、制御部１９０から第１周波数シフタ３１０および第２周波数シフタ３２０を駆動する駆動信号を受け取ったことに応じて、偏光方向が直交する第１チャープレートおよび第２チャープレートの２つの周波数変調レーザ光を出力できる。

したがって、第７構成例のレーザ装置３００を搭載した測定装置１００は、第６構成例のレーザ装置３００を搭載した測定装置１００と同様に、ドップラーシフトに起因する誤差を低減できる。また、測定装置１００は、ドップラーシフトに起因する誤差を低減させつつ、測定時間を短縮することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ 計測対象物
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 制御部
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
３００ レーザ装置
３０１ 第１レーザ共振器
３０２ 第２レーザ共振器
３１０ 第１周波数シフタ
３１１ 入力ポート
３１２ 第１出力ポート
３１３ 第２出力ポート
３２０ 第２周波数シフタ
３２１ 入力ポート
３２２ 第１出力ポート
３２３ 第２出力ポート
３３０ 入力切換部
３４０ 光カプラ
３４１ 第１ポート
３４２ 第２ポート
３４３ 第３ポート
３５０ 第３周波数シフタ
３５１ 入力ポート
３５２ 出力ポート
３６０ 光合波部
３６１ 第１ポート
３６２ 第２ポート
３６３ 第３ポート
３７０ 光分岐部

Claims (17)

1. 複数の周波数シフタを有し、周波数変調レーザ光を出力するレーザ装置と、
   複数の前記周波数シフタを制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを切り換える制御部と、
   前記レーザ装置が出力する前記周波数変調レーザ光を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに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
   を備える、測定装置。
2. 前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離がより長い場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートをより低くする、請求項１に記載の測定装置。
3. 前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離をより高い精度で測定する場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートをより高くする、請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
   前記レーザ共振器は、
   入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
   入力した光の周波数を前記第１シフト量よりも大きい第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
   前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタのいずれか一方に入力させる入力切換部と、
   前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
   を有し、
   前記制御部は、前記入力切換部を制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
   前記レーザ共振器は、
   入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第１シフト量とは異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
   を有し、
   前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
   前記レーザ共振器は、
   入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
   前記第２周波数シフタが出力した０次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
   を有し、
   前記制御部は、前記第２周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
   前記レーザ共振器は、
   入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
   前記第２周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第２シフト量とは異なる第３シフト量だけシフトする第３周波数シフタと、
   前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第３周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
   を有し、
   前記制御部は、前記第２周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
   前記レーザ共振器は、
   入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
   前記第１周波数シフタが出力した１次回折光の周波数を第３シフト量だけシフトする第３周波数シフタと、
   前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第３周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
   を有し、
   前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記第２周波数シフタの前記第２シフト量は、前記第３周波数シフタの前記第３シフト量と比較して正負が異なっている、請求項７または８に記載の測定装置。
10. 前記制御部は、当該測定装置から前記計測対象物までの距離が相対的に変化している場合に、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートの正負の符号を切り換える、請求項１に記載の測定装置。
11. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
    前記レーザ共振器は、
    入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
    入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
    前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタのいずれか一方に入力させる入力切換部と、
    前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
    を有し、
    前記制御部は、前記入力切換部を制御して、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１０に記載の測定装置。
12. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
    前記レーザ共振器は、
    入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
    前記第１周波数シフタが出力した０次回折光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
    前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の一部を出力する第３ポートとを含む光カプラと
    を有し、
    前記制御部は、前記第１周波数シフタを動作させるか否かを切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、請求項１０に記載の測定装置。
13. 前記レーザ装置は、
    レーザ光を発振させる第１レーザ共振器と、
    レーザ光を発振させる第２レーザ共振器と、
    前記第１レーザ共振器が出力した第１周波数変調レーザ光が入力する第１ポートと、前記第２レーザ共振器が出力した第２周波数変調レーザ光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力したレーザ光の少なくとも一部を出力する第３ポートとを含む光合波部と
    を備え、
    前記第１レーザ共振器は、入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタを有し、
    前記第２レーザ共振器は、入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタを有する、
    請求項１０に記載の測定装置。
14. 前記レーザ装置は、レーザ光を発振させるレーザ共振器を備え、
    前記レーザ共振器は、
    入力した光の周波数を第１シフト量だけシフトする第１周波数シフタと、
    入力した光の周波数を前記第１シフト量とは正負が異なる第２シフト量だけシフトする第２周波数シフタと、
    前記レーザ共振器を周回する光を前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタに入力させる光カプラと、
    前記第１周波数シフタが出力した光が入力する第１ポートと、前記第２周波数シフタが出力した光が入力する第２ポートと、前記第１ポートおよび前記第２ポートに入力した光の少なくとも一部を出力する第３ポートとを含む光合波部と
    を有し、
    前記制御部は、前記第１周波数シフタおよび前記第２周波数シフタの動作を切り換えることに基づき、前記レーザ装置から出力される前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを切り換える、
    請求項１０に記載の測定装置。
15. 前記制御部は、前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを第１チャープレートおよび第２チャープレートのいずれか一方に切り換え、
    前記第１チャープレートは、前記第１周波数シフタが出力した１次回折光が周回する共振器の共振器長に対応する第１共振器周波数と、前記第１シフト量との乗算結果に等しく、
    前記第２チャープレートは、前記第２周波数シフタが出力した１次回折光が周回する共振器の共振器長に対応する第２共振器周波数と、前記第２シフト量との乗算結果に等しく、
    前記第１チャープレートの絶対値は前記第２チャープレートの絶対値に等しく、前記第１チャープレートの正負の符号は前記第２チャープレートの正負の符号とは異なる、
    請求項１１から１４のいずれか一項に記載の測定装置。
16. 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、
    単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを第１チャープレートにした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を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させるステップと、
    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前記第１チャープレートに対応する第１算出条件で算出するステップと、
    前記伝搬距離の差を前記第１算出条件で算出する際の測定精度よりも高い測定精度で算出する際に用い、前記周波数変調レーザ光の前記第１チャープレートよりも高い第２チャープレートに対応する第２算出条件を、前記第１算出条件で算出された前記伝搬距離の差に基づいて特定するステップと、
    前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを前記第１チャープレートから前記第２チャープレートに切り換えるステップと、
    前記チャープレートを切り換えた後に、前記分岐させるステップから前記周波数解析するステップまでを実行するステップと、
    前記チャープレートを切り換えた後に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前記伝搬距離の差を前記第２算出条件で算出するステップと
    を有する、測定方法。
17. 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、
    単位時間当たりの周波数の変化率に基づくチャープレートを第１チャープレートにした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を、前記周波数変調レーザ光の一部の参照光と、残りの少なくとも一部の測定光とに分岐させるステップと、
    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前記第１チャープレートに対応する第１算出条件で算出するステップと、
    前記周波数変調レーザ光の前記チャープレートを前記第１チャープレートから第２チャープレートに切り換えるステップと、
    前記チャープレートを切り換えた後に、前記分岐させるステップから前記周波数解析するステップまでを実行するステップと、
    前記チャープレートを切り換えた後に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前記伝搬距離の差を前記第２チャープレートに対応する第２算出条件で算出するステップと、
    前記第１算出条件で算出した前記伝搬距離の差と、前記第２算出条件で算出した前記伝搬距離の差とに基づき、当該測定装置から前記計測対象物までの距離を算出するステップと
    を有し、
    前記第１チャープレートの絶対値は前記第２チャープレートの絶対値に等しく、前記第１チャープレートの正負の符号は前記第２チャープレートの正負の符号とは異なる、
    測定方法。
    

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