JP3510517B2 - 光周波数線形掃引装置及び光周波数線形掃引装置のための変調補正データ記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続的な光周波数
掃引が可能な光源を利用した計測原理に基づく距離また
は多重位置計測に用いて好適な、光周波数線形掃引装置
及び光周波数線形掃引装置のための変調補正データ記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高性能な光源を用いた技術開発が
なされ、多方面にその応用がなされているが、その中の
光計測分野においても半導体レーザ等の光デバイスの向
上とともに、様々な検討がなされている。この光計測分
野のうち、光周波数領域反射計測法（ＦＭＣＷ法：Freq
uency Modulated Continuous Wave ，ＯＦＤＲ法：Opti
cal Frequency Domain Reflectometry, 総称して以下、
光周波数領域反射計測法と呼ぶ）を用いた技術は、光フ
ァイバセンサーや光ファイバ探傷検査における計測に応
用されている。

【０００３】この光周波数領域反射計測法は、連続的な
光周波数掃引が可能な光源を利用した計測原理に基づい
て、距離または多重位置を計測する方法であり、この計
測方法は、連続発振可能な光源をＦＭ（Frequency Modu
lation：周波数変調）変調し、この光ＦＭ波（以下、光
ＦＭ出力光と称することがある）を計測場所から目標物
体に対して送光し、そして、目標物体で反射された光を
受光して、参照光と反射光との間のビート（うなり）周
波数を観測する方法である。

【０００４】すなわち、この計測方法は、時間的に線形
掃引が可能な光源から、繰り返し出力される光ＦＭ波が
干渉計測器に入力され、ここで、参照光と物体光（計測
光）とに二分され、それらが再び反射帰還されて、重ね
合わせられて干渉した時に生じる参照光と物体光とのお
互いの光路差時間τがもたらす光周波数差（ビート周波
数）を求めることで、光路差２ΔＬ＝τｃ（ｃ：光速）
つまり空間距離を算出するものである。なお、ここで、
時間的に線形掃引するとは、時間軸に対して一定の間隔
で周波数を変化させることを意味する。

【０００５】図５に従来の光周波数領域反射計測装置の
ブロック図を示す。この図５に示す光周波数領域反射計
測装置２０は、光源に半導体レーザを用いた光反射計測
装置であって、光源部１３と本計測干渉系部１４とをそ
なえて構成されている。ここで、光源部１３は、所要の
周期で光波長が時間変化する光周波数変調信号を出力す
るもので、発振器１，半導体レーザ２をそなえて構成さ
れている。

【０００６】この発振器１は、変調信号を出力するもの
であり、半導体レーザ２は、発振器１からの変調信号に
て線形変調されたレーザ光を出力する波長可変可能な光
源である。すなわち、光周波数が時間変化する光ＦＭ波
３が半導体レーザ２から出力されるようになっている。
なお、この光源は波長可変可能であればよく、半導体レ
ーザに制約されることはない。

【０００７】また、本計測干渉系部１４は、光源部１３
から出力される光ＦＭ波３を、内部で二分させて、一方
を計測対象に照射するとともに、他方を参照ミラーで反
射させて、双方の反射光を干渉させて計測対象の空間距
離を計測するものであって、ビームスプリッタ４，参照
ミラー６，計測対象８，光検出器１０，Ａ／Ｄ変換器１
１，演算装置１２をそなえて構成されている。

【０００８】ここで、ビームスプリッタ４は、光源部１
３内の半導体レーザ２から出力される光ＦＭ波３を、参
照光５と物体光７とに分配するとともに反射光を重ね合
わせて干渉光を作り出すものであり、参照ミラー６は、
ビームスプリッタ４にて分岐出力された参照光５を反射
するものである。また、計測対象８は、ビームスプリッ
タ４にて分岐出力された物体光７を照射されるものであ
り、光検出器１０は、ビームスプリッタ４から出力され
る干渉光を自乗検波して電気信号波形として検出するも
のである。

【０００９】さらに、Ａ／Ｄ変換器１１は、光検出器１
０から出力される電気信号波形をアナログ・ディジタル
変換するものであり、演算装置１２は、Ａ／Ｄ変換器１
１の出力信号を取込む電算機等である。このような構成
によって、光周波数領域反射計測装置２０では、光ＦＭ
波３を発生させてビート信号を検出して距離計測を行な
う。すなわち、図５に示す光源部１３内の発振器１から
の変調信号によって、半導体レーザ２が線形変調されて
光周波数時間変化する光ＦＭ波３が出力され、本計測干
渉系部１４内のビームスプリッタ４において、この光Ｆ
Ｍ波３は、参照光５と物体光７とに分配される。

【００１０】そして、参照光５はビームスプリッタ４か
ら距離Ｌ1 だけ離れた参照ミラー６に反射されて再び折
り返されて、光ＦＭ波（参照光）２１となる。一方、物
体光７も同様に距離Ｌ2 だけ離れた計測対象８に反射さ
れ再び折り返されて、光ＦＭ波（参照光）２２となる。
これらの光ＦＭ波２１，２２は、ビームスプリッタ４に
おいて、重ね合わされ干渉光９となる。なお、この場
合、距離の差ΔＬは｜Ｌ1 −Ｌ2 ｜である。

【００１１】次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いてビート
信号の検出方法（原理）を説明する。図６（ａ）は、光
ＦＭ波の変化を示す図であり、これらの反射光である光
ＦＭ波２１，２２の挙動を示している。ここで、横軸は
時間で、縦軸は出力される光ＦＭ波の周波数である。こ
の図６（ａ）に示すように、光ＦＭ波２１，２２のそれ
ぞれは、光変調周波数ν0とν0 ＋Δν（Δν：光変調
帯域幅）の間の値を掃引され、また、参照ミラー６と計
測対象８との光路差の往復分２ΔＬに相当する光遅延時
間（光路時間差）τだけずれて重ね合わせられる。ここ
で、変調周期１／ｆm （ｆm は変調周波数）の間のほと
んど全区間にわたり周波数差ｆb が発生している。これ
がビート周波数である。この場合、鋸波を例にとった
が、三角波でも同様なことがいえる。

【００１２】また、図６（ｂ）は、ビート周波数の変化
を示す図であり、その周波数差ｆbの時間変化を示して
いる。この図６（ｂ）に示すように、低周波ビート２７
と高周波ビート２８との２種類のビート周波数が現れて
いるが、高周波ビート２８はτの時間間隔でしか発生せ
ず、しかもτ＜＜１／ｆm の関係から、ほとんどそれは
無視することができる。ここで、ビート周波数と呼ばれ
ているものは、低周波ビート２７である。

【００１３】図６（ｃ）にそのビート信号強度波形を示
す。この図６（ｃ）に示すように、低周波ビート２７に
対応する信号波形２９と、高周波ビート２８に対応する
信号波形３０との２つが現れている。そして、これら
は、図５における光検出器１０によって自乗検波され電
気信号波形となって検出された結果である。図６（ｄ）
にそのビート周波数成分を示す。この図６（ｄ）に示す
ように、周波数ｆb をもつビート信号スペクトラム３１
が現れている。

【００１４】こうして、図５におけるビームスプリッタ
４から出力された干渉光９は、光検出器１０によって自
乗検波され電気信号波形となって検出され、その信号波
形はＡ／Ｄ変換器１１を通して、電算機等の演算装置１
２に取込まれ、ビート周波数成分が求められる。ここ
で、その周波数解析アルゴリズムは、ＤＦＴ，ＦＦＴ，
ＭＥＭ，ウェーブレット変換等様々あり、その性質に応
じて使い分けすることができる。

【００１５】また、このように求めたビート周波数ｆb
と既知のパラメータを用いて、距離ΔＬは式（１）より
算出される。 ΔＬ＝（ｃ／２Δν）＊（ｆb ／ｆm ） …（１）

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光周波数領域反射計測装置では、光周波数領域反射計測
法の計測精度を向上させるために、光ＦＭ波が元々有す
る時間的な非線形性を補正して線形掃引を行なわなけれ
ばならないという操作が必要である。すなわち、計測距
離ΔＬに対する理想的な固有のビート周波数を発生、検
出するためには、可能な限り線形な光周波数掃引が不可
欠であり、干渉させるための光ＦＭ波２１，２２（図６
（ａ）参照）は、時間軸に対して一定の間隔で周波数が
変動している必要がある。しかし、通常は光源自身の様
々な要因により、実際は若干、非線形性を有している。
その原因は光源の種類により異なるが、例えば半導体レ
ーザの場合は、素子共振器中の熱効果によるところが大
きい。このため、距離に固有であるはずのビート周波数
値が変動し、曖昧さをともなって計測精度が劣化してし
まう。そして、それによるビート信号は様々な周波数成
分を発生し、特定のビート周波数成分を特定することが
困難となる。

【００１７】従って、この光周波数領域反射計測法の高
精度化のためには、光ＦＭの時間的に非線形（非直線
性）的な掃引を線形（直線）掃引に補正するか、または
事前に発生させて行なうようにしなければならない。そ
こで、これを解決するための手法を図７を用いて説明
し、それに伴う課題について説明する。図７に光周波数
を線形に補正する機能を有する光周波数領域反射計測装
置のブロック図を示す。この図７に示す光周波数領域反
射計測装置７２は、非線形な光ＦＭ掃引を線形な光ＦＭ
掃引に補正する機能を有する反射計測装置であって、光
周波数線形掃引装置７１と本計測干渉系部１４とをそな
えて構成されている。

【００１８】この光周波数線形掃引装置７１は、非線形
な光ＦＭ掃引を線形なものに補正する機能を有する光Ｆ
Ｍ出力装置であって、波長可変型光源部７０，ビームス
プリッタ４１，補正干渉系部４２，光検出器４３，周波
数弁別器４４，基準ビート信号源４５，比較器４６をそ
なえて構成されている。ここで、波長可変型光源部７０
は、所要の周期で光波長が時間変化する光周波数変調信
号を出力するとともに、外部からの制御信号に基づき光
周波数変調信号についての補正変調が可能なものであっ
て、発振器７０−１，半導体レーザ７０−２をそなえる
とともに、加算器４７をそなえて構成されている。

【００１９】そして、この加算器４７は、外部からの制
御信号に基づいて、光ＦＭ波に補正変調を施すものであ
る。なお、発振器７０−１，半導体レーザ７０−２は、
上述した発振器１，半導体レーザ２のもつ機能と同等な
機能をもつものであるので重複した説明は省略する。ま
た、ビームスプリッタ４１は、波長可変型光源部７０内
の半導体レーザ７０−２から出力される光ＦＭ波７３
を、光ＦＭ波（計測波）７４と光ＦＭ波（補正波）７５
とに分配するものであり、同様の用途に、ハーフミラー
を用いることができる。

【００２０】さらに、補正干渉系部４２は、ビームスプ
リッタ４１にて分岐した一方の補正波７５を、内部で干
渉させて、その光路差に相当するビート光を出力するも
のであり、ビームスプリッタ４２−１と、参照ミラー４
２−２，４２−３とをそなえた光学系として構成されて
いる。ここで、ビームスプリッタ４２−１は、ビームス
プリッタ４１からの補正波７５を２方向へ分配する光分
配器であり、参照ミラー４２−２，４２−３はそれぞ
れ、ビームスプリッタ４２−１から相互に異なる一定の
距離を置いて配置され、これら２方向に分配された光を
反射させて、ビームスプリッタ４２−１において干渉さ
せ、ビート光が作り出されるようにしている。

【００２１】また、光検出器４３は、補正干渉系部４２
から入力されるビート光を受光し、光電変換して検出ビ
ート信号として出力するものであり、周波数弁別器４４
は、光検出器４３から出力される電気領域の周波数をも
つ信号について、周波数・電圧（Ｆ−Ｖ）変換を施し、
その信号の大きさに応じた電圧として出力するものであ
る。さらに、基準ビート信号源４５は、時間的に一定の
ビート周波数信号に対応した電圧を出力するものであ
り、比較器４６は、周波数弁別器４４と基準ビート信号
源４５との各出力における電圧差を検出するものであ
る。

【００２２】なお、これらの光検出器４３，周波数弁別
器４４，基準ビート信号源４５，比較器４６はそれぞれ
電気系をなしている。また、比較器４６から低周波の誤
差信号は、波長可変型光源部７０に入力され、周波数制
御がかかるようにネガティブフィードバックされてお
り、これはＰＬＬ（Phase Locked Loop ：位相同期ルー
プ）と同様な機能であって、これまでの電子回路技術で
培われた手法が用いられている。

【００２３】さらに、本計測干渉系部１４は、図５にお
いて説明したものと同等であり、それに関する重複した
説明は省略する。このような構成によって、ビームスプ
リッタ４１にて分岐された一方の光ＦＭ波（補正波７
５）は、光周波数線形掃引装置７１内の補正干渉系部４
２へ導かれ、補正干渉系部４２においては、その干渉系
部内の光路差に相当するビート光が作り出される。そし
て、光検出器４３において、そのビート光は検出ビート
信号へと光電変換され、周波数弁別器４４にて、その検
出ビート信号のもつ瞬時ビート周波数成分は電圧信号に
変換される。

【００２４】さらに、比較器４６において、周波数弁別
器４４の出力電圧と基準ビート信号源４５の出力電圧と
の差に対応した誤差信号が出力され、波長可変型光源部
７０内の加算器４７において、この誤差信号はネガティ
ブフィードバック入力され、発振器７０−１の出力と加
算されて、半導体レーザ７０−２への補正変調が可能と
なる。

【００２５】これにより、ビート瞬時周波数を通して光
ＦＭ波の非線形性を補正することができ、ビート周波数
の広がりが抑制され、固有のビート周波数を求めること
ができ、計測精度の向上が可能となる。また、これによ
り、上述したように光周波数領域反射計測法において光
ＦＭを線形に掃引することができるようになる。しかし
ながら、図７に示すような装置では、光ＦＭ波の非線形
性を補正できるが、波長可変型光源部７０へのネガティ
ブフィードバック信号を生成するために、補正干渉系部
４２，周波数弁別器４４，基準ビート信号源４５，比較
器４６を常時、光周波数領域反射計測装置７２内の本計
測干渉系部１４に付随させてシステムを構成しておかね
ばならず、光周波数領域反射計測装置７２全体が煩雑か
つコスト高といった課題を招いている。また同時に、光
周波数線形掃引装置７１自身のハードウェアの性質に依
存した不安定性に起因する誤差信号そのもののドリフト
の影響により支配される光ＦＭの線形精度の向上の限界
が課題となっている。

【００２６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、光周波数領域反射計測装置全体のシステムの
簡素化と低コスト化に寄与し、かつ、従来のネガティブ
フィードバック系のハードウェアに依存した不安定性を
排除でき精度の良い非線形な光ＦＭ掃引を線形な光ＦＭ
掃引に補正できる、光周波数線形掃引装置及び光周波数
線形掃引装置のための変調補正データ記録装置を提供す
ることを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の光周
波数線形掃引装置は、繰り返し変調周期１／ｆ _m で光波
長が時間変化する光周波数変調信号を出力しうるととも
に、外部からの補正信号に基づき光周波数変調信号につ
いての補正変調が可能な波長可変型光源部と、波長可変
型光源部からの光周波数変調信号を少なくとも２方向へ
分配するための光分配器と、この光分配器で分配された
一方の側の光周波数変調信号を受けて、内部に設定され
た光路差に相当するビート光を出力するための補正干渉
系と、この補正干渉系からのビート光を電気信号として
瞬時ビート周波数信号を検出するための光検出器と、光
検出器で検出された瞬時ビート周波数信号に含まれ、繰
り返し変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の変動分
と、補正干渉系にて検出された繰り返し繰り返し変調周
期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の変動分とを含む混
在信号を検出するための周波数弁別器と、周波数弁別器
で検出された混在信号に含まれる上記の交流成分の変動
分および直流成分の変動分のうちの直流成分をカット
し、交流成分の変動分が波長可変型光源部への変調補正
のための補正信号として使用される直流カットフィルタ
とをそなえて構成されたことを特徴としている（請求項
１）。

【００２８】また、本発明の光周波数線形掃引装置は、
繰り返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時間変化する光周
波数変調信号を出力しうるとともに、外部からの補正信
号に基づき光周波数変調信号についての補正変調が可能
な波長可変型光源と、この波長可変型光源の波長可変制
御のために必要な基準信号を発生しうる基準信号発生部
と、波長可変型光源固有の変調特性となるような補正を
行なうための瞬時ビート周波数信号に含まれ、繰り返し
変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の変動分と繰り返
し繰り返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の
変動分とを含む混在信号のうちの直流成分をカットし交
流成分の変動分が波長可変型光源部への変調補正のため
に用意しておいた補正信号を出力しうる補正信号発生部
と、基準信号発生部からの基準信号と補正信号発生部か
らの補正信号とを足し合わせて加算出力を波長可変型光
源へ供給しうる加算器とをそなえて構成されたことを特
徴としている（請求項２）。

【００２９】さらに、本発明の光周波数線形掃引装置の
ための変調補正データ記録装置は、光周波数線形掃引装
置の構成要素としての波長可変型光源から基準信号に基
づき出力される繰り返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時
間変化する光周波数変調信号を受けて、内部に設定され
た光路差に相当するビート光を出力するための補正干渉
系と、補正干渉系からのビート光を電気信号として瞬時
ビート周波数信号を検出するための光検出器と、光検出
器で検出された瞬時ビート周波数信号に含まれ、繰り返
し変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の変動分と、補
正干渉系にて検出された繰り返し繰り返し変調周期１／
ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の変動分とを含む混在信号
を検出するための周波数弁別器と、この周波数弁別器で
検出された混在信号に含まれる上記の交流成分の変動分
および直流成分の変動分のうちの直流成分をカットし、
交流成分の変動分を波長可変型光源への変調補正のため
の補正信号として出力しうる直流カットフィルタと、直
流カットフィルタからの補正信号についての波形情報を
記録媒体データとして記録しうる補正信号情報記録部と
をそなえて構成されたことを特徴としている（請求項
３）。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 （Ａ）本発明の第１実施形態の説明 本発明を適用される、光周波数反射領域計測装置は、光
反射計測を行なう本計測干渉系部をそなえるとともに、
非線形な光ＦＭ掃引を線形な光ＦＭ掃引に補正するため
の光周波数線形掃引装置をそなえて構成されている。

【００３１】図１に本発明の第１実施形態にかかる光周
波数領域反射計測装置の構成を示す。この図１に示す光
周波数領域反射計測装置１７は、非線形な光ＦＭ掃引を
線形な光ＦＭ掃引に補正する機能を有する反射計測装置
であって、本計測干渉系部１４と、光周波数線形掃引装
置１５とをそなえて構成されている。この本計測干渉系
部１４は、入力された光ＦＭ波を内部で二分させて、一
方を計測対象に照射するとともに、他方を参照ミラーで
反射させて、双方の反射光を干渉させて計測対象の距離
を計測するものであって、ビームスプリッタ４，参照ミ
ラー６，計測対象８，光検出器１０，Ａ／Ｄ変換器１
１，演算装置１２をそなえて構成されているが、この本
計測干渉系部１４としては、従来例で示したものと同様
の機能のものが使用される。

【００３２】すなわち、光周波数線形掃引装置１５から
出力された光ＦＭ波６０ｂは、この本計測干渉系部１４
内のビームスプリッタ４において、参照光５と物体光
（参照光）７とに分配される。そして、参照光５は、参
照ミラー６において、反射されて参照光２１となり、ま
た、物体光７は、計測対象８に照射されて反射され、物
体光２２となり、これらの反射光はそれぞれ、ビームス
プリッタ４において重ねられて干渉光９として光検出器
１０に入力される。

【００３３】そして、光検出器１０において、この干渉
光９は自乗検波され、電気信号波形として検出が行なわ
れ、Ａ／Ｄ変換器１１において、光検出器１０から出力
される電気信号波形はアナログ・ディジタル変換され
て、演算装置１２において、Ａ／Ｄ変換器１１の出力信
号が電算機等に取込まれる。さらに、その取込まれたデ
ータは、ＦＦＴ等の周波数解析アルゴリズムを用いてビ
ート周波数ｆb が求められ、これと既知のパラメータを
用いて、距離ΔＬは式（２）より算出される。

【００３４】 ΔＬ＝（ｃ／２Δν）＊（ｆb ／ｆm ） …（２） 次に、光周波数線形掃引装置１５は、非線形な光ＦＭ掃
引を線形な光ＦＭ掃引に補正する機能を有する光ＦＭ出
力装置であって、波長可変型光源部１６，ビームスプリ
ッタ５１，補正干渉系部５２，光検出器５３，周波数弁
別器５４，ＤＣカットフィルタ５６をそなえて構成され
ている。

【００３５】ここで、波長可変型光源部１６は、所要の
周期で光波長が時間変化する光周波数変調信号を出力し
うるとともに、外部からの補正信号（制御信号）に基づ
きその光周波数変調信号についての補正変調が可能なも
のであって、発振器１６−１，半導体レーザ１６−２を
そなえるとともに、加算器５５をそなえて構成されてい
る。

【００３６】この発振器１６−１は、変調信号を電流値
によって出力するものであり、また、半導体レーザ１６
−２は、発振器１６−１からの注入電流にて線形変調さ
れた光ＦＭ波３を出力する波長可変可能な光源である。
なお、この光源は波長可変が可能であればよく、半導体
レーザに制約されることはない。また、加算器５５は、
外部からの補正信号に基づき光ＦＭ波３に補正変調を施
すものである。

【００３７】さらに、ビームスプリッタ５１は、波長可
変型光源部１６内の半導体レーザ１６−２からの光周波
数変調信号を少なくとも２方向へ分配するための光分配
器であり、この光ＦＭ波３を、参照光６０ａと物体光６
０ｂとに分配する。同様の用途に、ハーフミラーを用い
ることができる。そして、この参照光６０ａは補正干渉
系部５２に入力されるとともに、物体光６０ｂは、前述
のように本計測干渉系部１４に入力される。なお、この
分配数を増やして、モニタリング用に供するようにして
もよい。

【００３８】また、補正干渉系部５２は、ビームスプリ
ッタ５１から入力される参照光６０ａを補正のために用
い、内部に設定した光路差に相当するビート光を出力す
るためのものであり、ビームスプリッタ５２−１と、参
照ミラー５２−２，５２−３とをそなえて構成されてい
る。ここで、ビームスプリッタ５２−１は、ビームスプ
リッタ５１からの参照光６０ａを２方向へ分配する光分
配器であり、参照ミラー５２−２，５２−３はそれぞ
れ、ビームスプリッタ５２−１から相互に異なる一定の
距離を置いて配置されたハーフミラーであって、これら
２方向に分配された光を反射させて、ビームスプリッタ
５２−１において、ビート光が作り出されるようにする
ものである。なお、これらのビームスプリッタ５２−
１，参照ミラー５２−２，５２−３をそなえた補正干渉
系部５２は、光学系をなしている。

【００３９】また、光検出器５３は、補正干渉系部５２
から出力されるビート光を電気信号（瞬時ビート周波数
信号６１）として検出するためのものであり、周波数弁
別器５４は、光検出器５３で検出された電気信号（瞬時
ビート周波数信号６１）に関し、その瞬時周波数の時間
変動信号を検出するためのものである。具体的には、周
波数信号を電圧信号に変換して出力する。

【００４０】そして、ＤＣカットフィルタ５６は、周波
数弁別器５４で検出された時間変動信号から直流成分を
カットし、その出力が波長可変型光源部１６への変調補
正のための補正信号として使用されるものである。な
お、これらの光検出器５３，周波数弁別器５４，ＤＣカ
ットフィルタ５６の各部材は、電気系をなしており、こ
の光周波数線形掃引装置１５内のネガティブフィードバ
ックループは光学系と電気系から構成されていると言え
る。

【００４１】さらに、ＤＣカットフィルタ５６で得られ
た補正信号（交流信号）は、波長可変型光源部１６内の
加算器５５によって、発振器１６−１から出力される変
調信号にネガティブフィードバック加算され、変調信号
補正がなされる。このような構成によって、波長可変型
光源部１６内の発振器１６−１からの注入電流によっ
て、半導体レーザ１６−２が線形変調されて光ＦＭ波３
が出力され、ビームスプリッタ５１において、この光Ｆ
Ｍ波３が参照光６０ａと物体光６０ｂとに分岐され、物
体光６０ｂは本計測干渉系部１４へ導かれる一方、参照
光６０ａは光周波数線形掃引装置１５へ導かれる。

【００４２】図２（ａ）から（ｃ）を用いて、光ＦＭ線
形補正の計測原理を説明する。図２（ａ）は、光ＦＭ波
の変化を示す図であり、これらの参照光６０ａと物体光
６０ｂとの挙動を示している。この図２（ａ）に示すよ
うに、これらの参照光６０ａと物体光６０ｂはそれぞ
れ、光遅延時間だけずれて重ね合わされる。しかし、こ
れらの波形は非線形であって時間軸に対して線形に掃引
されてはいない。そして、参照光６０ａは、補正干渉系
部５２において、適当な値をもつビート光が作り出さ
れ、光検出器５３において、そのビート光は瞬時ビート
周波数信号６１へと光電変換される。

【００４３】図２（ｂ）は、ビート周波数と電圧信号の
変化を示す図であり、この瞬時ビート周波数信号６１の
挙動を示している。この図２（ｂ）から、瞬時ビート周
波数信号６１も、時間的に非線形であることがわかる。
そして、この瞬時ビート周波数信号６１は、周波数弁別
器５４において、周波数から電圧へ信号変換（Ｆ−Ｖ変
換）が行なわれて、ビート信号から電圧信号に変換され
る。その電気的手法は他の電子回路技術で培われてきた
方法を用いることができ、例えば、共振器回路を用いた
スロープ検波方式を使用することができる。なお、本発
明におけるＦ−Ｖ変換の方法はこれに限らず、他の方法
を用いてもよい。

【００４４】そして、周波数弁別器５４の出力における
電圧信号は、ＤＣカットフィルタ５６に入力され、交流
信号だけが通過できるようにしている。以下、この交流
信号だけを通過させて、直流信号を除去する理由につい
て説明を行なう。まず、光周波数領域反射計測法では、
繰り返しの線形光ＦＭ波を用いることを基本としてい
る。すなわち、理想的な繰り返し線形光ＦＭならば、そ
の瞬時周波数成分の時間挙動は直流（ＤＣ）的であり交
流（ＡＣ）成分をもたない。このことは、図６（ｂ）に
示すように、低周波ビート２７の時間挙動が、通常繰り
返し変調周期１／ｆm （ｓｅｃ）の期間内では、直流的
であり交流成分をもたないことに相当する。

【００４５】ここで、もし、光ＦＭ波側の非線形性要因
でなく補正干渉系部５２側の基準が揺らいだとしても、
その干渉条件の変動は通常繰り返し変調周期１／ｆm
（ｓｅｃ）に比べ十分遅いため、それは直流的と言え
る。これより、ビート周波数の変動分は、変化の範囲を
繰り返し変調周期１／ｆm （ｓｅｃ）内のみとした期間
内での交流成分の変化のみに現れるのであって、その干
渉条件の直流的な変動分には影響を受けない。

【００４６】このように、純粋に光源側の原因で生じる
光ＦＭ波の非線形掃引のための補正情報としては、周波
数弁別器５４で得られる直流・交流混在の信号のうち、
交流成分のみを取り出せばよいことになる。そして、こ
の交流成分を抽出するために、ＤＣカットフィルタ５６
を周波数弁別器５４の次段に設けて、ここで得られた補
正信号を、波長可変型光源部１６内の加算器５５におい
て変調信号にネガティブフィードバック加算するように
して、変調信号補正がなされる。これにより元々非線形
掃引であった光ＦＭ波３は線形に補正され、直線性のよ
い時間掃引が実現する。

【００４７】図２（ｃ）は、ビート周波数成分を示す図
であり、補正を行なった光ＦＭ波と補正を行なわない光
ＦＭ波とのビート周波数スペクトラムを示している。こ
の図２（ｃ）から、ビート周波数スペクトラム６３の広
がりは抑制され、ビート周波数スペクトラム６４が特定
しやすくなることがわかる。こうして、本発明は、光周
波数領域反射計測法において、繰り返し線形光ＦＭ波を
用いることが基本であることに着目し、理想的な繰り返
し線形光ＦＭ波ならば、その瞬時周波数成分の時間挙動
は直流的であり交流成分をもたないという特徴を十分に
活用している。すなわち、ＤＣカットフィルタ５６で、
周波数弁別器４４で検出された時間変動信号から直流成
分をカットし、その出力を波長可変型光源部１６への変
調補正のための補正信号として使用することによって、
線形な光ＦＭ波を発生させることができ、本計測干渉系
部１４において、補正された光ＦＭ波を使用して計測す
ることができる。

【００４８】このようにして、補正干渉系部５２、光検
出器５３、周波数弁別器５４、ＤＣカットフィルタ５６
をそなえてなる光周波数線形掃引装置１５により、元々
非線形掃引であった光ＦＭ波が、ビート瞬時周波数を通
してその非線形性を補正されて、線形掃引されるように
なり、また、光源の周波数応答性に応じた、光周波数領
域反射計測法が行なえるようになる。さらに、光周波数
領域反射計測法に基づく計測において、本計測干渉系部
１４で計測されたビート信号の周波数広がりは抑制さ
れ、固有のビート信号が特定しやすくなる。すなわち、
周波数スペクトラム６３の広がりは抑制され、ビート周
波数スペクトラム６４が特定しやすくなって、光周波数
領域反射計測法の計測精度の向上が図れる。なお、この
場合、光源は半導体レーザに制約されず、波長可変可能
なものであれば他のものによっても構成可能である。

【００４９】従って、本発明では、図７に示したような
手法、すなわち、基準ビート周波数信号源４５を別途用
意して、この基準ビート周波数信号（図２（ｂ）の６
２）と瞬時ビート周波数信号（図２（ｂ）の６１）とを
比較して誤差信号（図２（ｂ）の６５）を求めるような
手法をとっていないので、装置構成が複雑にならずに済
み、また、事前に補正干渉系部５２の条件に合わせた理
想的なビート周波数値を算出しておかなければならなか
ったり、光路差、周囲温度変化等の条件変化及び基準ビ
ート周波数信号源４５自身からの変動成分も加わって補
正信号の精度が悪くなったりすること等の点が改善され
る。

【００５０】また、本発明では、その手段として、図７
の基準ビート信号源４５と比較器４６の代わりにＤＣカ
ットフィルタ５６と置き替えることで、装置構成を簡素
化することができ、計測システム全体のコスト低減に寄
与できるという効果が望める。 （Ｂ）本発明の第２実施形態の説明 図３は本発明の第２実施形態にかかる光周波数領域反射
計測装置の構成を示す図である。この図３に示す光周波
数領域反射計測装置８０は、非線形な光ＦＭ掃引を線形
な光ＦＭ掃引に補正する機能を有する反射計測装置であ
って、光反射計測を行なう本計測干渉系部８２と、非線
形な光ＦＭ掃引を線形な光ＦＭ掃引に補正するための光
周波数線形掃引装置８１とをそなえて構成されている。

【００５１】この本計測干渉系部８２は、入力された光
ＦＭ波を内部で二分させて、一方を計測対象に照射する
とともに、他方を参照ミラーで反射させて、双方の反射
光を干渉させて計測対象の距離を計測するものであっ
て、ビームスプリッタ９３，参照ミラー９０，計測対象
９２，光検出器９５，Ａ／Ｄ変換器９６，演算装置９７
をそなえて構成されている。これらのものは、上述した
ものと同様の機能のものであるので、更なる説明を省略
する。

【００５２】次に、光周波数線形掃引装置８１は、非線
形な光ＦＭ掃引を線形な光ＦＭ掃引に補正する機能を有
する光ＦＭ出力装置であって、光源（波長可変型光源）
８７と、基準信号発生器（基準信号発生部）８３と、補
正信号発生器（補正信号発生部）８４と、加算器８６と
そなえて構成されている。なお、このうち、基準信号発
生器８３と、加算器８６と、光源８７とが、第１実施形
態における、波長可変型光源部１６（図１参照）に相当
する。

【００５３】ここで、光源８７（図３では半導体レーザ
と表記されている）は、所要の周期で光波長が時間変化
する光周波数変調信号を出力しうるとともに、外部から
の補正信号に基づき光周波数変調信号についての補正変
調が可能なものであり、半導体レーザが用いられてい
る。そして、光ＦＭ波（光ＦＭ出力光）８８を、本計測
干渉系部８２に出力するようになっている。また、基準
信号発生器８３は、この光源８７の波長可変制御のため
に必要な基準信号を発生しうるものである。さらに、補
正信号発生器８４は、光源８７の固有の変調特性となる
ような補正を行なうための補正信号を予め用意してお
き、この用意しておいた補正信号を出力しうるものであ
る。なお、この補正信号発生器８４から、基準信号発生
器８３と同期させるための同期信号線９８が、基準信号
発生器８３に入力されるようになっている。

【００５４】そして、この補正信号発生器８４には、補
正信号波形データ８５が入力される。この補正信号波形
データ８５は、記録媒体やネットワーク上等に供給でき
るような形態のものであり、また、この補正信号波形デ
ータ８５は、個々の半導体レーザ固有のデータであっ
て、使用する半導体レーザの変調と特性とが計測され、
それらを基にして生成されるものである。なお、その生
成方法については、後述する補正信号波形生成装置１２
０により行なわれる。さらに、加算器８６は、基準信号
発生部８３からの基準信号と、補正信号発生部８４から
の補正信号とを足し合わせて加算出力を光源８７へ供給
しうるものである。

【００５５】従って、この光周波数線形掃引装置８１
は、所要の周期で光波長が時間変化する光周波数変調信
号（光ＦＭ波８８）を出力しうるとともに、外部からの
補正信号（補正信号波形データ８５）に基づき光周波数
変調信号についての補正変調が可能な波長可変型光源
（光源８７）と、この波長可変型光源の波長可変制御の
ために必要な基準信号を発生しうる基準信号発生部（基
準信号発生器８３）と、波長可変型光源固有の変調特性
となるような補正を行なうための補正信号を予め用意し
ておき、この用意しておいた補正信号を出力しうる補正
信号発生部（補正信号発生器８４）と、この基準信号発
生部からの基準信号と補正信号発生部からの補正信号と
を足し合わせて加算出力を波長可変型光源へ供給しうる
加算器８６とをそなえて構成されていることになる。

【００５６】これにより、光周波数線形掃引装置８１に
おいては、補正信号波形データ８５が、補正信号発生器
８４に入力され、基準信号発生器８３からの出力と、補
正信号発生部８４からの補正信号とが、加算器８６にて
足し合わされて、その加算出力が光源８７へ供給され、
そして光ＦＭ波８８が、本計測干渉系部８２に入力され
るのである。

【００５７】次に、補正信号波形データ８５を生成する
方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明
の第２実施形態にかかる補正信号波形生成装置の構成を
示す図である。この図４に示す補正信号波形生成装置１
２０は、補正信号波形データ８５を生成するものであっ
て、基準信号発生器８３と、光源８７（図４には半導体
レーザと表記されている）と、変調補正データ記録装置
１００とをそなえて構成されている。

【００５８】この変調補正データ記録装置１００は、補
正信号波形データ８５を所定の媒体に記録するものであ
って、補正干渉系部１２１と、光検出器１０４と、周波
数弁別器１１０と、ＤＣカットフィルタ１１１と、波形
記録装置１１２とをそなえて構成されている。この補正
干渉系部１２１は、光周波数線形掃引装置の構成要素と
しての波長可変型光源から基準信号に基づき出力される
光周波数変調信号を受けて、内部に設定された光路差に
相当するビート光を出力するためのものであって、カッ
プリングレンズ１０２と、２×２光ファイバカプラ（方
向性結合器）１０１と、参照ミラー１０５，１０７とを
そなえて構成されている。ここで、カップリングレンズ
１０２は、光源８７からの光ＦＭ波（光ＦＭ出力光）１
１３を導くためのものであり、２×２光ファイバカプラ
（方向性結合器）１０１は、ビート光を発生させるため
の光学素子である。また、参照ミラー１０５，１０７は
上述したものと同等のものであり、更なる説明を省略す
る。また、光検出器１０４は、補正干渉系部１２１から
のビート光を電気信号として検出するためのものであ
り、周波数弁別器１１０は、この光検出器１０４で検出
された電気信号に関しその瞬時周波数の時間変動信号を
検出するためのものである。さらに、ＤＣカットフィル
タ１１１は、周波数弁別器１１０で検出された時間変動
信号から直流成分をカットし、光源８７への変調補正の
ための補正信号を出力しうるものである。また、波形記
録装置１１２は、このＤＣカットフィルタ１１１からの
補正信号についての波形情報を記録媒体データとして記
録しうるものである。

【００５９】このような構成によって、光源８７は、基
準信号発生器８３からの基準信号により変調されて光Ｆ
Ｍ波１１３を出力する。そして、この光ＦＭ波１１３
は、この補正干渉系部１２１内のカップリングレンズ１
０２によって、ファイバ中を伝播するファイバ入力光１
０３となって、２×２光ファイバカプラ１０１に導かれ
る。このファイバ入力光１０３は、２×２光ファイバカ
プラ１０１により、それぞれファイバ中で参照光１０
６，１０８とに分配される。ここで、これらの参照光１
０６，１０８はそれぞれ、常に光路差ΔＬを一定に保た
れている。そしてこれらの参照光１０６，１０８はそれ
ぞれ、ファイバ終端面にある参照ミラー１０５，１０７
とによって反射されてから、反射参照光としてファイバ
中を伝播し、再度、２×２光ファイバカプラ１０１によ
り合成されて、干渉光（ビート光）１０９が発生され
る。さらに、この干渉光１０９は、ファイバ中を伝播し
て終端の光検出器１０４によって、自乗検波され、ビー
ト電気信号に変換される。その後、このビート電気信号
は、周波数弁別器１１０によって、そのビート電気信号
の瞬時周波数成分の時間変動信号が検出される。具体的
には、ビート電気信号は、周波数信号から電圧信号に変
換されて出力される。そして、この電圧信号は、ＤＣカ
ットフィルタ１１１により、その信号の直流成分が除去
され、補正信号波形が波形記録装置１１２に入力され
る。この波形記録装置１１２においては、所望の補正信
号波形が補正信号波形データ８５として加工され記録さ
れる。その後、この変調補正データ記録装置１００から
得られた補正信号波形データ８５は、フロッピーディス
ク等の記録媒体に複写され、そのデータは、光周波数領
域反射計測装置８０（図３参照）内の、光周波数線形掃
引装置８１にある補正信号発生器８４の補正信号波形デ
ータ８５として入力されて使用されるのである。

【００６０】さらに、図３において、元々非線形な掃引
であって光周波数特性は、線形な掃引に補正された光Ｆ
Ｍ波８８として、本計測干渉系部８２に導かれ、この光
周波数領域反射計測方法の出力光として使用される。こ
の出力光を分岐した物体光９１はビームスプリッタ９３
を介して、計測対象９２に照射され、この反射された物
体光９１と、参照ミラー９０で反射された参照光８９と
から干渉光９４が生成され、光検出器９５に入力され
る。そして、光検出器９５において、干渉光９４は、電
気信号波形として検出され、Ａ／Ｄ変換器９６におい
て、光検出器９５から出力される電気信号波形がアナロ
グ・ディジタル変換されて、演算装置９７において、そ
の出力信号が電算機等に取込まれる。さらに、その取込
まれたデータは、ＦＦＴ等の周波数解析アルゴリズムを
用いて距離が算出されるのである。

【００６１】次に、計測原理からみた場合を図２（ａ）
〜図２（ｃ）を用いて説明する。なお、具体的には、補
正信号波形データ８５が生成されるまでの流れを説明す
る。図２（ａ）に示すように、これらの参照光１０６と
物体光１０８はそれぞれ、光遅延時間τだけずれて重ね
合わされるが、これらの波形は非線形であって時間軸に
対して線形には周波数掃引されていない。これらの参照
光１０６と物体光１０８は、図４に示す補正干渉系部１
２１内の２×２光ファイバカプラ１０１において、干渉
させられてビート光が作り出され、さらに、光検出器１
０４において、そのビート光は瞬時ビート周波数信号６
１へと変換される。そして、図２（ｂ）に示す時間的に
非線形な瞬時ビート周波数信号６１は、周波数弁別器１
１０（図４参照）において、周波数から電圧へ信号変換
（Ｆ−Ｖ変換）が行なわれて、ビート信号から電圧信号
に変換される。その電気的手法は他の電子回路技術で培
われてきた方法を用いることができ、例えば、共振器回
路を用いたスロープ検波方式を使用することができる。
なお、本発明におけるＦ−Ｖ変換の方法はこれに限ら
ず、他の方法を用いてもよい。さらに、周波数弁別器１
１０の出力における電圧信号は、ＤＣカットフィルタ１
１１に入力され、交流信号だけが通過するようになって
いる。その理由も上述したものと同様である。すなわ
ち、理想的な繰り返し線形光ＦＭならば、その瞬時周波
数成分の時間挙動は直流（ＤＣ）的であり交流（ＡＣ）
成分をもたない。このことは、図６（ｂ）で示したよう
に、低周波ビート２７の時間挙動が、通常繰り返し変調
周期１／ｆm （ｓｅｃ）の期間内では、直流的であり交
流成分をもたないことに相当する。もし、光ＦＭ波側の
非線形性要因でなく２×２光ファイバカプラ１０１側の
基準が揺らいだとしても、その干渉条件の変動は通常繰
り返し変調周期１／ｆm （ｓｅｃ）に比べ十分遅いた
め、それは直流的と言える。これより、ビート周波数の
変動分は、変化の範囲を繰り返し変調周期１／ｆm （ｓ
ｅｃ）内のみとした期間内での交流成分の変化のみに現
れるのであって、その干渉条件の直流的な変動分には影
響を受けない。その他は、上記の第１実施形態で説明し
たものと同一であるので、更なる説明を省略する。図２
（ｃ）は、ビート周波数成分を示す図であり、補正を行
なった光ＦＭ波と補正を行なわない光ＦＭ波とのビート
周波数スペクトラムが示されている。この図２（ｃ）か
ら、ビート周波数スペクトラム６３の広がりは抑制さ
れ、ビート周波数スペクトラム６４のように狭窄化され
た固有の周波数成分が特定しやすくなることがわかる。

【００６２】従って、純粋に光源８７側の原因で生じる
光ＦＭ波の非線形掃引のための補正情報としては、周波
数弁別器１１０で得られる直流・交流混在した信号のう
ち、交流信号のみでよく、そして、この交流成分を抽出
するために、ＤＣカットフィルタ１１１が周波数弁別器
１１０の次段に設けられている。そして、得られた補正
信号が、波形データとして記録できる波形記録装置１１
２により、加工保存される。その結果、補正信号波形デ
ータ８５が生成され、また、同時に複製も可能となる。
この補正信号波形データ８５は、光周波数線形掃引装置
８１の補正信号発生器８４の信号出力データとして用い
られ、この補正信号と基準信号発生器８３からの基準信
号とが同期信号線９８により同期し、そして加算器８６
により合成され、最終的な補正変調信号として事前に光
源（半導体レーザ）８７へ印加することができ、こうし
て、元々非線形掃引だった、光ＦＭ波１１３は、直線性
のよい時間掃引がされる光ＦＭ波８８に補正されるので
ある。

【００６３】なお、図７に戻って、補正干渉系部４２、
光検出器４３，周波数弁別器４４，基準ビート信号源４
５，比較器４６からなるフィードバックループの部分
を、この変調補正データ記録装置１００に置き換えるこ
とが可能となる。すなわち、図７に示す比較器４６の出
力側からの補正信号は、図４の変調補正データ記録装置
１００の波形記録装置１１２から出力される補正信号波
形データ８５に相当していることになる。

【００６４】さらに、図３において、光周波数領域反射
計測装置８０内の光周波数線形掃引装置８１の代わり
に、図４の変調補正データ記録装置１００を設けるよう
に、構成することもできる。このように、本発明は、光
周波数領域反射計測法において、繰り返し線形光ＦＭ波
を用いることが基本であることに着目し、理想的な繰り
返し線形光ＦＭ波ならば、その瞬時周波数成分の時間挙
動は直流的であり交流成分をもたないという特徴を十分
に活用している。すなわち、ＤＣカットフィルタ１１１
で、周波数弁別器１１０で検出された時間変動信号から
直流成分が除去され、その出力が補正信号波形データ８
５となる。そしてこの補正信号波形データ８５は、光源
８７の線形光ＦＭ波への補正信号として使用することに
よって、線形な光ＦＭ波８８が発生され、本計測干渉系
部８２において、この光ＦＭ波８８が使用されること
で、高精度な光周波数領域反射計測が可能となる。

【００６５】また、光周波数領域反射計測法に基づく計
測において、本計測干渉系部８２で計測されたビート信
号の周波数広がりは抑制され、固有のビート信号が特定
しやすくなり、光周波数領域反射計測法の計測精度の向
上が図れる。なお、この場合、光源は半導体レーザに制
約されず、波長可変可能なものであれば他のものによっ
ても構成可能である。

【００６６】さらに、事前に補正のために必要な波形デ
ータを用意することで、ネガティブフィードバックによ
る補正方法に比べて、その装置構成を簡素化することが
でき、また、同時にこの補正信号波形は、データとして
いくつも複写することができる。これを複数の光周波数
線形掃引装置にソフトウェア的に供給するだけで、簡単
に光ＦＭ波の線形掃引が実現できる。このことは、従来
の個々の装置に対するハードウェア的な補正方法に比べ
て安価に実現でき、計測システムの全体のコスト低減に
寄与できる。そして、ハードウェア自身の不安定さに起
因する補正信号そのもののドリフト等の影響による光周
波数の線形性の精度劣化と、それからくる本計測法の精
度劣化を排除することができるようになる。その結果、
従来よりも、本計測法の精度向上に寄与する効果があ
る。

【００６７】（Ｃ）その他 なお、図１〜４に示す光周波数線形掃引装置はあくまで
も基本構成であり、例えば、単位変調信号レベルあたり
の光ＦＭの周波数偏移率及びその偏移の方向等、様々な
光源の仕様に合わせて、周波数弁別器５４（１１２）中
に利得増幅器及び、極性変換器等をそなえるような構成
にしてもよい。

【００６８】また、これらの装置系は非常に簡素である
ため、これらが、付加されても本発明におけるその効果
には影響はなく、本発明の優位性を妨げるものではな
い。さらに、本発明は上述した光周波数領域計測装置に
限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。具体的に
は、３次元形状計測、非接触の振動計および血流計、パ
ーティクル（粒子）カウンター、レーザレーダを用いた
計測、分光分析、公害分析のために用いられる装置であ
って、これらの分野における技術に本発明を種々変形し
て実施することができるのである。

【００６９】加えて、補正信号波形データ８５のデータ
を保存する媒体は、磁気ディスク媒体以外にも、光ディ
スク媒体や紙媒体等を使用することができ、様々な形態
をとることができるのは、言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光周波数
線形掃引装置によれば、波長可変型光源部において、繰
り返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時間変化する光周波
数変調信号を出力しうるとともに、外部からの補正信号
に基づき光周波数変調信号についての補正変調を行な
い、光分配器において、この波長可変型光源部からの光
周波数変調信号を少なくとも２方向へ分配し、補正干渉
系において、光分配器で分配された一方の側の光周波数
変調信号を受けて、内部に設定された光路差に相当する
ビート光を出力し、光検出器において、補正干渉系から
のビート光を電気信号として瞬時ビート周波数信号を検
出し、周波数弁別器において、光検出器で検出された瞬
時ビート周波数信号に含まれ、繰り返し変調周期１／ｆ
_m 内における交流成分の変動分と、補正干渉系にて検出
された繰り返し繰り返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅
い直流成分の変動分とを含む混在信号を検出し、直流カ
ットフィルタにおいて、周波数弁別器で検出された混在
信号に含まれる上記の交流成分の変動分および直流成分
の変動分のうちの直流成分をカットし、交流成分の変動
分が波長可変型光源部への変調補正のための補正信号と
して使用されるように構成されているので、ビート信号
の周波数広がりは抑制され、固有のビート信号が特定し
やすくなり、これより光周波数領域反射計測法の計測精
度の向上が図れるほか、直流カットフィルタを用いるこ
とで、装置構成を簡素化することができ、計測システム
全体のコスト低減に寄与できるという効果がある（請求
項１）。

【００７１】また、本発明の光周波数線形掃引装置によ
れば、波長可変型光源において、繰り返し変調周期１／
ｆ _m で光波長が時間変化する光周波数変調信号を出力し
うるとともに、外部からの補正信号に基づき光周波数変
調信号についての補正変調が可能となり、基準信号発生
部において、この波長可変型光源の波長可変制御のため
に必要な基準信号を発生し、補正信号発生部において、
波長可変型光源固有の変調特性となるような補正を行な
うための瞬時ビート周波数信号に含まれ、繰り返し変調
周期１／ｆ _m 内における交流成分の変動分と繰り返し繰
り返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の変動
分とを含む混在信号のうちの直流成分をカットし交流成
分の変動分が波長可変型光源部への変調補正のために用
意しておいた補正信号を出力し、加算器において、基準
信号発生部からの基準信号と補正信号発生部からの補正
信号とを足し合わせて加算出力を波長可変型光源へ供給
しうるように構成されているので、従来のネガティブフ
ィードバックによる補正方法に比べて、その装置構成を
簡素化することができ、また、同時にこの補正信号波形
は、データとしていくつも複写することができ、これを
複数の光周波数線形掃引装置にソフト的に供給するだ
け、簡単に光ＦＭ波の線形掃引が実現できる。従って、
従来の個々の装置に対するハード的な補正方法に比べて
安価に実現でき、計測システムの全体のコスト低減に寄
与でき、かつ、ハードウェア自身の不安定さに起因する
補正信号そのもののドリフト等の影響で、光周波数の線
形性の精度劣化からくる本計測法の精度劣化を排除する
ことができるようになる。その結果、従来よりも、本計
測法の精度向上に寄与する効果がある（請求項２）。

【００７２】さらに、本発明の光周波数線形掃引装置の
ための変調補正データ記録装置によれば、補正干渉系に
おいて、光周波数線形掃引装置の構成要素としての波長
可変型光源から基準信号に基づき出力される繰り返し変
調周期１／ｆ _m で光波長が時間変化する光周波数変調信
号を受けて、内部に設定された光路差に相当するビート
光を出力し、光検出器において、補正干渉系からのビー
ト光を電気信号として瞬時ビート周波数信号を検出し、
周波数弁別器において、光検出器で検出された瞬時ビー
ト周波数信号に含まれ、繰り返し変調周期１／ｆ _m 内に
おける交流成分の変動分と、補正干渉系にて検出された
繰り返し繰り返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流
成分の変動分とを含む混在信号を検出し、直流カットフ
ィルタにおいて、この周波数弁別器で検出された混在信
号に含まれる上記の交流成分の変動分および直流成分の
変動分のうちの直流成分をカットし、交流成分の変動分
を波長可変型光源への変調補正のための補正信号として
出力し、補正信号情報記録部において、直流カットフィ
ルタからの補正信号についての波形情報を記録媒体デー
タとして記録するように構成されているので、やはり、
装置構成を簡素化でき、また、補正信号波形をデータと
していくつも複写してこれを複数の光周波数線形掃引装
置にソフト的に供給するだけで簡単に光ＦＭ波の線形掃
引が実現できる。また、個々の装置に対するハードウェ
ア的な補正方法に比べて安価に実現でき、計測システム
の全体のコスト低減に寄与でき、かつ、ハードウェア自
身の不安定さに起因する補正信号そのもののドリフト等
の影響で、光周波数の線形性の精度劣化からくる本計測
法の精度劣化を排除することができるようになる（請求
項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる光周波数線形掃
引装置を有する光周波数領域反射計測装置のブロック図
である。

【図２】本発明の第１実施形態及び第２実施形態にかか
る光周波数領域反射計測装置について示す図であり、
（ａ）は光ＦＭ波の変化を表す図であり、（ｂ）はビー
ト周波数及び電圧信号の変化を表す図であり、（ｃ）は
ビート周波数の成分を表す図である。

【図３】本発明の第２実施形態にかかる光周波数領域反
射計測装置の構成を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態にかかる補正信号波形生
成装置の構成を示す図である。

【図５】従来の光周波数領域反射計測装置のブロック図
である。

【図６】従来の光周波数領域反射計測装置について示す
図であり、（ａ）は光ＦＭ波の変化を表す図であり、
（ｂ）はビート周波数の変化を表す図であり、（ｃ）は
ビート信号の強度波形を表す図であり、（ｄ）はビート
周波数の成分を表す図である。

【図７】従来の他の光周波数領域反射計測装置のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１，１６−１，７０−１ 発振器 ２，１６−２，７０−２ 半導体レーザ ３，２１，２２，６０ａ，６０ｂ，７３，７４，７５，
８８，１１３ 光ＦＭ波（光ＦＭ出力光） ４，４１，４２−１，５２−１，５１，９３ ビーム
スプリッタ ５，８９，１０６，１０８ 参照光 ６，４２−２，４２−３，５２−２，５２−３，９０，
１０５，１０７ 参照ミラー ７，９１ 物体光 ８，９２ 計測対象 ９，９４，１０９ 干渉光 １０，４３，５３，９５，１０４ 光検出器 １１，９６ Ａ／Ｄ変換器 １２，９７ 演算装置 １３ 光源部 １４，８２ 本計測干渉系部 １５，７１，８１ 光周波数線形掃引装置 １６，７０ 波長可変型光源部 １７，２０，７２，８０ 光周波数領域反射計測装置 ２７ 低周波ビート ２８ 高周波ビート ２９，３０ 信号波形 ３１ ビート信号スペクトラム ４２，５２，１２１ 補正干渉系部 ４４，５４，１１０ 周波数弁別器 ４５ 基準ビート信号源 ４６ 比較器 ４７，５５，８６ 加算器 ５６，１１１ ＤＣカットフィルタ ６１ 瞬時ビート周波数信号 ６２ 基準ビート周波数信号 ６３ 非線形光ＦＭによるビート周波数スペクトラム ６４ 補正線形光ＦＭによるビート周波数スペクトラ
ム ６５ 誤差信号 ８３ 基準信号発生器 ８４ 補正信号発生器 ８５ 補正信号波形データ ８７ 光源 ９８ 同期信号線 １００ 変調補正データ記録装置 １０１ ２×２光ファイバカプラ １０２ カップリングレンズ １０３ ファイバ入力光 １１２ 波形記録装置 １２０ 補正信号波形生成装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 9/02 G01B 11/00 G01M 11/00 G01S 17/32 H01S 3/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繰り返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時
   間変化する光周波数変調信号を出力しうるとともに、外
   部からの補正信号に基づき該光周波数変調信号について
   の補正変調が可能な波長可変型光源部と、 該波長可変型光源部からの該光周波数変調信号を少なく
   とも２方向へ分配するための光分配器と、 該光分配器で分配された一方の側の光周波数変調信号を
   受けて、内部に設定された光路差に相当するビート光を
   出力するための補正干渉系と、 該補正干渉系からのビート光を電気信号として瞬時ビー
   ト周波数信号を検出するための光検出器と、 該光検出器で検出された該瞬時ビート周波数信号に含ま
   れ、該繰り返し変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の
   変動分と、該補正干渉系にて検出された該繰り返し繰り
   返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の変動分
   とを含む混在信号を検出するための周波数弁別器と、 該周波数弁別器で検出された該混在信号に含まれる上記
   の交流成分の変動分および直流成分の変動分のうちの直
   流成分をカットし、該交流成分の変動分が該波長可変型
   光源部への変調補正のための該補正信号として使用され
   る直流カットフィルタとをそなえて構成されたことを特
   徴とする、光周波数線形掃引装置。
2. 【請求項２】 繰り返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時
   間変化する光周波数変調信号を出力しうるとともに、外
   部からの補正信号に基づき該光周波数変調信号について
   の補正変調が可能な波長可変型光源と、 該波長可変型光源の波長可変制御のために必要な基準信
   号を発生しうる基準信号発生部と、 該波長可変型光源固有の変調特性となるような補正を行
   なうための瞬時ビート周波数信号に含まれ、該繰り返し
   変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の変動分と該繰り
   返し繰り返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分
   の変動分とを含む混在信号のうちの該直流成分をカット
   し該交流成分の変動分が該波長可変型光源部への変調補
   正のために用意しておいた補正信号を出力しうる補正信
   号発生部と、 該基準信号発生部からの該基準信号と該補正信号発生部
   からの該補正信号とを足し合わせて加算出力を該波長可
   変型光源へ供給しうる加算器とをそなえて構成されたこ
   とを特徴とする、光周波数線形掃引装置。
3. 【請求項３】 光周波数線形掃引装置の構成要素として
   の波長可変型光源から基準信号に基づき出力される繰り
   返し変調周期１／ｆ _m で光波長が時間変化する光周波数
   変調信号を受けて、内部に設定された光路差に相当する
   ビート光を出力するための補正干渉系と、 該補正干渉系からのビート光を電気信号として瞬時ビー
   ト周波数信号を検出するための光検出器と、 該光検出器で検出された該瞬時ビート周波数信号に含ま
   れ、該繰り返し変調周期１／ｆ _m 内における交流成分の
   変動分と、該補正干渉系にて検出された該繰り返し繰り
   返し変調周期１／ｆ _m に比べ十分遅い直流成分の変動分
   とを含む混在信号を検出するための周波数弁別器と、 該周波数弁別器で検出された該混在信号に含まれる上記
   の交流成分の変動分および直流成分の変動分のうちの直
   流成分をカットし、該交流成分の変動分を該波長可変型
   光源への変調補正のための補正信号として出力しうる直
   流カットフィルタと、該直流カットフィルタからの該補
   正信号についての波形情報を記録媒体データとして記録
   しうる補正信号情報記録部とをそなえて構成されたこと
   を特徴とする、光周波数線形掃引装置のための変調補正
   データ記録装置。