JP3513432B2 - Optical frequency domain reflection measuring device and optical frequency domain reflection measuring method - Google Patents

Optical frequency domain reflection measuring device and optical frequency domain reflection measuring method

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JP3513432B2 JP21232099A JP21232099A JP3513432B2 JP 3513432 B2 JP3513432 B2 JP 3513432B2 JP 21232099 A JP21232099 A JP 21232099A JP 21232099 A JP21232099 A JP 21232099A JP 3513432 B2 JP3513432 B2 JP 3513432B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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(FMCW法:Frequency M
odulations Continous Wav
e,OFDR法:Optical Frequency
Domain Reflectometory,総称
して以下、「光周波数領域反射測定法」と呼ぶ)全般に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a distance or multiple position measurement (FMCW method: Frequency M) based on a measurement principle using a light source capable of continuous optical frequency sweep.
Odulations Continous Wav
e, OFDR method: Optical Frequency
Domain Reflectometry, hereinafter collectively referred to as "optical frequency domain reflectometry").

【0002】[0002]

【従来の技術】光計測分野のうち、光周波数領域反射測
定法は、測距計、光ファイバセンサー、光ファイバ探傷
検査装置等に応用される。この光周波数領域反射測定法
は、連続的な光周波数掃引が可能な光源を利用した距離
または多重位置の計測法で、具体的にはこの光源からの
光波に周波数変調を行い(FM:FrequencyM
odulation)、そのFMの光波を計測場所から
測定目標物体に向け出射し、目標物体から反射された反
射光を再び受光、それを計測側の参照光との干渉によ
り、参照光と反射光との光遅延時間(光路差、距離)に
相当する周波数差、つまりビート(うなり)周波数(b
eat frequency)を測定する。これより所
望の測定量(この場合距離であるが、それ以外に温度、
圧力も可能)を求める方法である。
2. Description of the Related Art In the field of optical measurement, an optical frequency domain reflectometry method is applied to a range finder, an optical fiber sensor, an optical fiber flaw detector, and the like. This optical frequency domain reflectometry is a method of measuring a distance or multiple positions using a light source capable of continuous optical frequency sweep. Specifically, the light wave from this light source is frequency-modulated (FM: FrequencyMeasurement).
The light wave of the FM is emitted from the measurement location toward the measurement target object, the reflected light reflected from the target object is received again, and the reflected light is interfered with the reference light on the measurement side, thereby Frequency difference corresponding to the optical delay time (optical path difference, distance), that is, beat (beat) frequency (b)
Eat frequency) is measured. From this, the desired measurand (in this case the distance,
Pressure is also possible).

【0003】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
渉系によってヘテロダイン検波され、その時のビート信
号の周波数情報から所望の測定量を計測する方法であ
り、そのビート周波数は参照光と測定目標までの光路差
時間(距離)に依存して変化する特徴を持っている。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。
That is, in this measuring method, an optical FM wave repeatedly output from a light source capable of linear sweeping in time is heterodyne-detected by an interference system, and a desired measurement amount is measured from frequency information of a beat signal at that time. The beat frequency has a characteristic that it changes depending on the optical path difference time (distance) between the reference light and the measurement target. Here, "linearly sweeping in time" means changing the frequency at regular intervals with respect to the time axis.

【0004】この計測方法の基本装置構成を図13に示
し、その光FMの発生からビート信号検出までの原理を
図14および図15に示す。図13において、光源に半
導体レーザ2を用いた例を取り上げて説明する。ただし
光源は半導体レーザに限らず、波長可変可能な光源なら
ばそれに制約されることはない。発振器1により半導体
レーザ2は周波数が時間に対して直線的に掃引された光
FM波3を出力する。この出力光3の光周波数は図14
(a)の波形21や22のような挙動を示す。図14
(a)のΔνは光変調帯域幅(光周波数掃引幅)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。
FIG. 13 shows the basic device configuration of this measuring method, and FIGS. 14 and 15 show the principle from the generation of the optical FM to the detection of the beat signal. An example in which the semiconductor laser 2 is used as the light source in FIG. 13 will be described. However, the light source is not limited to the semiconductor laser, and is not limited thereto as long as it is a wavelength tunable light source. The semiconductor laser 2 outputs an optical FM wave 3 whose frequency is swept linearly with time by the oscillator 1. The optical frequency of this output light 3 is shown in FIG.
It behaves like the waveforms 21 and 22 in (a). 14
Δν in (a) is an optical modulation bandwidth (optical frequency sweep width). In this case, a sawtooth wave is taken as an example, but the same can be said for a triangular wave.

【0005】そして光FM出力3は、ビームスプリッタ
4で参照光5と物体光(測定光)7に分配される。参照
光5はビームスプリッタ4から距離L離れた参照ミラ
ー6に反射され再び折り返される。そして、物体光7も
同様に距離Lだけ離れた測定対象8に反射され再び折
り返される。この場合、距離の差ΔLは|L−L
となる。この結果、それぞれの反射光5、7はビームス
プリッタ4によって重ね合わせられ干渉光9となる。
The optical FM output 3 is split by the beam splitter 4 into reference light 5 and object light (measurement light) 7. The reference light 5 is reflected by the reference mirror 6 separated from the beam splitter 4 by a distance L 1 and is reflected again. Then, the object light 7 is similarly reflected by the measurement target 8 which is separated by the distance L 2 and is reflected again. In this case, the distance difference ΔL is | L 1 −L 2 |
Becomes As a result, the respective reflected lights 5 and 7 are superposed by the beam splitter 4 to become interference light 9.

【0006】このときの反射光5、7の光FM波の関係
を図14(a)に示す。図14(a)は、図13の干渉
光9により光FM波21と22が参照ミラー6と測定対
象8との光路差の往復分2ΔLに相当する光遅延時間τ
だけずれて重ね合っている関係を示している。この関係
からすると変調周期1/f(fは変調周波数)のほ
とんど全領域にわたり周波数差fが発生することがわ
かる。これがビート周波数である。
FIG. 14A shows the relationship between the optical FM waves of the reflected lights 5 and 7 at this time. FIG. 14A shows an optical delay time τ corresponding to the round-trip amount 2ΔL of the optical path difference between the reference FM 6 and the measurement target 8 of the optical FM waves 21 and 22 due to the interference light 9 of FIG.
It shows the relationship where they are overlapped with each other. From this relationship, it can be seen that the frequency difference f b occurs over almost the entire region of the modulation cycle 1 / f m (f m is the modulation frequency). This is the beat frequency.

【0007】そのfの時間変化を表したのが図14
(b)である。この図から低周波ビート27と高周波ビ
ート28の2種類のビート周波数が発生するが高周波側
のビート周波数28はτの時間間隔でしか発生せず、し
かもτは1/fと比べ極めて短い時間間隔であるため
それは無視することができる。よって、ここで一般的に
呼んでいるビート周波数は低周波側のビート周波数27
である。
FIG. 14 shows the time variation of f b .
It is (b). Two beat the frequency is generated does not occur only at time intervals of the beat frequency 28 of the high-frequency side tau, yet a very short time compared with the 1 / f m is tau low frequency beats 27 and a high frequency beat 28 from FIG. Since it is an interval, it can be ignored. Therefore, the beat frequency generally called here is the beat frequency 27 on the low frequency side.
Is.

【0008】さて、図13での干渉光9は光検出器10
によって二乗検波され電気信号波形となって検出され
る。その波形は図14(c)のビート信号強度波形とし
て示した。その信号波形をスペクトラムアナライザーま
たはA/D変換器11を通して電算機等の演算装置12
に取り込み、たとえばFFTといった周波数解析アルゴ
リズムを用いることで図15のビート周波数スペクトラ
ム31が測定される。これより求めたビート周波数f
とあらかじめ既知のパラメータを用いて距離ΔLを式
(1)より算出することができる。 ΔL=(c/2Δν)×(f/f). (1) ただし、cは光速であり、Δνは光変調帯域幅(光周波
数掃引幅)であり、f は変調周波数である。
Now, the interference light 9 in FIG.
Squared detection is performed by the
It The waveform is the beat signal strength waveform of FIG. 14 (c).
Showed. The signal waveform is analyzed by a spectrum analyzer.
Or an arithmetic unit 12 such as a computer through the A / D converter 11.
Frequency analysis algorithm such as FFT
The beat frequency spectrum of FIG.
The frame 31 is measured. Beat frequency f obtained from thisb
And the distance ΔL is calculated using known parameters
It can be calculated from (1).   ΔL = (c / 2Δν) × (fb/ Fm). (1) Where c is the speed of light and Δν is the optical modulation bandwidth (optical frequency
Several sweep widths) and f mIs the modulation frequency.

【0009】本発明の目的は、光周波数領域反射測定法
の測定距離の範囲の拡大にある。それを妨げている課題
について説明する。
An object of the present invention is to expand the range of measurement distance of optical frequency domain reflectometry. The problems that prevent it will be explained.

【0010】「光周波数領域反射測定法」の測定距離範
囲を制限している課題は二つあり、一つはその光源の可
干渉性(コヒーレンス)によるビート信号の消失、もう
一つは時間に対しての光周波数掃引に若干の非直線性の
影響によるビート信号の消失である。前者は本原理手法
そのものの限界であるのに対して、後者はその前者によ
る限界の前に測定距離固有のビートが不明瞭となり測距
精度が劣化、ついには測定不能となり測距範囲を限定し
ている。
There are two problems that limit the measuring distance range of the "optical frequency domain reflectometry", one is the disappearance of the beat signal due to the coherence of the light source, and the other is the time. On the other hand, the beat signal disappears due to the influence of some nonlinearity on the optical frequency sweep. The former is the limit of this principle method itself, while the latter limits the range-finding range because the beat peculiar to the measurement distance becomes unclear and the ranging accuracy deteriorates before the limitation by the former. ing.

【0011】前者は光源特有のコヒーレンスで決定さ
れ、それは光源の線幅Δνf(Hz)で決まるコヒーレ
ンス長Lの半分(反射往復のため)が測定距離範囲の
限界Llimitである。その関係を式(2)に示す。 Llimit=L/2=c/(2πΔνf). (2) ただし、cは光速である。
The former is determined by the coherence peculiar to the light source, and the half of the coherence length L c determined by the line width Δν f (Hz) of the light source (because of the reflection round trip) is the limit L limit of the measurement distance range. The relationship is shown in formula (2). L limit = L c / 2 = c / (2πΔν f ). (2) where c is the speed of light.

【0012】例えば市販の安価な半導体レーザではその
Δνfは100MHzであり、式(2)に代入しその測
定範囲限界Llimitを求めると0.48mである。
そして光通信用の回折格子内蔵型のDBR、DFBタイ
プの半導体レーザではΔνfが数百kHzから数MHz
であり、これによるLlimitは約50m以上になり
測定範囲の拡大が可能となる。
For example, in a commercially available inexpensive semiconductor laser, its Δν f is 100 MHz, and when it is substituted into the equation (2) and its measurement range limit L limit is calculated, it is 0.48 m.
For a DBR or DFB type semiconductor laser with a built-in diffraction grating for optical communication, Δν f is several hundred kHz to several MHz.
Therefore, L limit is about 50 m or more, and the measurement range can be expanded.

【0013】しかしこのような性能のよい光源を使って
も結局は、光源特有のコヒーレンスによる制限を受け測
定範囲が限定されてしまう。しかも、これらの説明は前
者の「原理上測定可能な距離範囲」についてのみであ
り、その測定範囲限界Llim itにおける測定精度
(分解能)を保証するものではない。同時に測定精度を
保証するには後者で説明した「光周波数掃引の非直線
性」を直線に補正しなければならず、それは測定距離範
囲が長く(遠く)なるほどその補正精度の要求精度が厳
しくなり、結局、測定距離が長くなるほど測定精度は悪
くなるのは避けられない(光周波数掃引の非直線性の補
正による測距精度の向上の詳細は同発明者による特願平
10−220879に記載している)。
However, even if such a light source having good performance is used, the measurement range is limited due to the coherence peculiar to the light source. Moreover, these descriptions are only for the "principle measurable distance range" of the former, it does not guarantee the measurement accuracy (resolution) in the measurement range limit L lim it. At the same time, in order to guarantee the measurement accuracy, the "non-linearity of the optical frequency sweep" explained in the latter must be corrected to a straight line. The longer the measurement distance range (the longer), the more strict the required accuracy of the correction accuracy becomes. After all, it is unavoidable that the measurement accuracy becomes worse as the measurement distance becomes longer (Details of the improvement of the distance measurement accuracy by correcting the nonlinearity of the optical frequency sweep are described in Japanese Patent Application No. Hei 10-220879 by the same inventor. ing).

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に示すよ
うな課題に鑑み創案されたもので、任意の光源特有のコ
ヒーレンスに制限されることなく測定範囲の拡大がで
き、同時にこれまでの測定範囲の拡大にともなう測定精
度の劣化を解消し、測定範囲が拡大しても測定精度が悪
くならない光周波数領域反射測定装置および方法を提供
することを目的としている。
The present invention was devised in view of the problems as described above, and the measurement range can be expanded without being limited by the coherence peculiar to any light source, and at the same time, the conventional measurement can be performed. An object of the present invention is to provide an optical frequency domain reflectometry apparatus and method which eliminates deterioration of measurement accuracy due to expansion of the range and does not deteriorate measurement accuracy even when the measurement range is expanded.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る()つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも1つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材に限定し
て解釈されるためのものではなく、その対応関係を明白
にするためのものである。
Numbers with () appearing in the following description in which the means for solving the problem are expressed in correspondence with the claims are those in which the items described in the claims are described in detail later. It shows that it corresponds to a member, a process, and an operation of at least one form among a plurality of forms of the above, but the solution means of the present invention is limited to the member of the embodiment indicated by those numbers. It is not for the purpose of clarifying the correspondence.

【0016】本発明の光周波数領域反射測定装置は、所
要の周期(1/f)で光の波長を可変にできる発光部
(61)と、前記発光部(61)から出力された光(6
2)を分配して第1参照光(90)および測定光(9
1)を生成する光分配部(63)と、前記第1参照光
(90)に基づいて、第2参照光(69)を生成する参
照光学部(6c)と、前記測定光(91)が測定対象
(72)に反射してなる測定反射光(73)と、前記第
2参照光(69)とを合波して干渉光(74)を生成す
る光合波部(70)と、前記干渉光(74)に基づい
て、前記測定反射光(73)と前記第2参照光(69)
の周波数差(fb1)を、測定光周波数差(f )と
して検出し、前記検出された測定光周波数差(fb1
に基づいて、前記測定対象(72)に関する測定量(L
)を求める検出部(76)とを備え、前記参照光学部
(6c)は、前記第1参照光(90)が、可変に設定可
能な距離(L’、L’+ΔL’)をN(N≧2)
回往復または周回した結果としての光(69)を、前記
第2参照光(69)として生成可能である。
The optical frequency domain reflectometry apparatus of the present invention comprises a light emitting section (61) capable of varying the wavelength of light at a required period (1 / f m ) and a light output from the light emitting section (61) ( 6
2) is distributed and the first reference light (90) and the measurement light (9) are distributed.
1), a light distribution unit (63), a reference optical unit (6c) that generates a second reference light (69) based on the first reference light (90), and the measurement light (91). An optical combining unit (70) that combines the measurement reflected light (73) reflected by the measurement target (72) and the second reference light (69) to generate interference light (74), and the interference. The measurement reflected light (73) and the second reference light (69) based on the light (74).
Of the measurement light frequency (f b1 ) is detected as a measurement light frequency difference (f b 1 ), and the detected measurement light frequency difference (f b1 ) is detected.
Based on the measured quantity (L
a ) and a detection unit (76) for obtaining the a), and the reference optical unit (6c) allows the first reference light (90) to variably set a distance (L r ′, L r ′ + ΔL r ′). Is N (N ≧ 2)
The light (69) as a result of a round trip or a round trip can be generated as the second reference light (69).

【0017】上記において、N≧2としたのは、図13
の参照光5は距離Lを1回往復(N=1)してなるも
のであるため、このN=1を除外する意味である。
In the above description, N ≧ 2 is set in FIG.
Since the reference light 5 of (1) is reciprocated once for the distance L 1 (N = 1), this means that N = 1 is excluded.

【0018】本発明の光周波数領域反射測定装置におい
て、前記検出部(76)は、前記測定対象(72)に関
する測定量(L)を、粗の部分(|N|L)と、微
の部分(l)とを足し合わせて求め、前記微の部分
(l)を、第1の前記距離(L’)に対応する前記
測定光周波数差(fb1)を示す第1データに基づいて
算出し、前記粗の部分(|N|L)を、第2から第5
のデータに基づいて算出し、前記第2データは前記第1
の距離(L’)を示し、前記第3データは前記第1の
距離(L’)に対応する前記測定光周波数差
(fb1)と前記第1の距離(L’)とは異なる第2
の前記距離(L’+ΔL’)に対応する前記測定光
周波数差(f’b1)の変化した量(Δfb1’)を示
し、前記第4データは前記変化の方向を示し、前記第5
データは第1距離に係る参照光周波数差(f br)と第
2距離に係る参照光周波数差(f’br)の変化量を示
し、前記第1距離に係る参照光周波数差(fbr)は、
前記第1参照光(90)が前記第1の距離(L’)を
k(k≧0)回往復または周回した結果としてのkに係
る前記第2参照光(45)と、前記第1参照光(90)
が前記第1の距離(L’)を前記k+1回往復または
周回した結果としてのk+1に係る前記第2参照光(4
6)の周波数差(fbr)であり、前記第2距離に係る
参照光周波数差(f’ )は、前記第1参照光(9
0)が前記第2の距離(L’ +ΔL’)を前記k
回往復または周回した結果としてのkに係る前記第2参
照光と、前記第1参照光(90)が前記第2の距離(L
’ +ΔL’)を前記k+1回往復または周回した
結果としてのk+1に係る前記第2参照光の周波数差
(f’br)である。
In the optical frequency domain reflectometer of the present invention
And the detection unit (76) relates to the measurement target (72).
Measured amount (La) To the coarse part (| N | Lr) And fine
Part (la) Is calculated by adding
(La) To the first said distance (Lr') Corresponding to the above
Measuring light frequency difference (fb1) Based on the first data
Calculate the rough part (| N | Lr) From the second to the fifth
And the second data is calculated based on the first data.
Distance of (Lr′) And the third data is the first data
Distance (Lr′) Corresponding to the measured optical frequency difference
(Fb1) And the first distance (Lr2) different from ')
The distance (Lr’+ ΔLr') Corresponding to the measuring light
Frequency difference (f 'b1) Changed amount (Δfb1’)
However, the fourth data indicates the direction of the change and the fifth data
The data is the reference light frequency difference (f br) And the first
Reference light frequency difference (f ′) for two distancesbr) Change amount
Then, the reference light frequency difference (fbr) Is
The first reference light (90) is moved to the first distance (Lr’)
related to k as a result of k (k ≧ 0) round trips or rounds
The second reference light (45) and the first reference light (90)
Is the first distance (Lr′) The above k + 1 round trips or
The second reference light (4
6) frequency difference (fbr) And relates to the second distance
Reference light frequency difference (f 'b r) Is the first reference light (9
0) is the second distance (Lr’+ ΔLr′) Is the k
The second reference concerning k as a result of making a round trip or a round trip
Illumination and the first reference light (90) are between the second distance (L
r’+ ΔLr′) Was reciprocated or circulated k + 1 times
Resulting frequency difference of the second reference light with respect to k + 1
(F 'br).

【0019】本発明の光周波数領域反射測定装置は、所
要の周期(1/f)で光の波長を可変にできる発光部
(61)と、前記発光部(61)から出力された出力光
(62)に基づいて、入力光(62a)を生成する入力
光生成部(68)と、前記入力光(62a)を分配して
参照光(69)および測定光(91)を生成する光分配
部(63a)と、前記測定光(91)が測定対象(7
2)に反射してなる測定反射光(73)と、前記参照光
(69)とを合波して干渉光(74)を生成する光合波
部(63a)と、前記干渉光(74)に基づいて、前記
測定反射光(73)と前記参照光(69)の周波数差
(fb1)を、測定光周波数差(fb1)として検出
し、前記検出された測定光周波数差(fb1)に基づい
て、前記測定対象(72)に関する測定量(L)を求
める検出部(76)とを備え、前記入力光生成部(6
8)は、前記出力光(62)が、可変に設定可能な距離
(L’、L’+ΔL’)をN(N≧2)回往復ま
たは周回した結果としての光(62a)を、前記入力光
(62a)として生成可能である。
The optical frequency domain reflectometer of the present invention comprises a light emitting part (61) capable of varying the wavelength of light at a required period (1 / f m ) and an output light output from the light emitting part (61). An input light generation unit (68) that generates an input light (62a) based on (62), and a light distribution that distributes the input light (62a) to generate a reference light (69) and a measurement light (91). The part (63a) and the measuring light (91) are measured (7
2) the reflected light (73) reflected by the measurement light and the reference light (69) are combined to generate an interference light (74); Based on this, the frequency difference (f b1 ) between the measurement reflected light (73) and the reference light (69) is detected as the measurement light frequency difference (f b1 ), and the detected measurement light frequency difference (f b1 ). A detection unit (76) for obtaining a measurement amount (L a ) for the measurement target (72) based on
8) shows the light (62a) as a result of the output light (62) reciprocating or circling a variably settable distance (L r ′, L r ′ + ΔL r ′) N (N ≧ 2) times. , Can be generated as the input light (62a).

【0020】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期(1/f)でその周波数(ν0、ν0+
Δν)が変化する光(62)を出力する発光部(61)
と、前記発光部(61)から出力された光を分配して第
1参照光(90)および測定光(91)を生成する第1
ビームスプリッタ(63)と、前記第1参照光(90)
に基づいて、第2参照光(69)を生成する参照光学部
(6c)と、前記測定光(91)が測定対象(72)に
反射してなる測定反射光(73)と、第2参照光(6
9)とを重ね合わせて干渉光(74)を生成する第2ビ
ームスプリッタ(70)と、前記干渉光(74)に基づ
いて、前記測定反射光(73)と前記第2参照光(6
9)の周波数差(fb1)を検出し、前記周波数差(f
b1)に基づいて、前記測定対象(72)に関する測定
量(L)を求める検出部(76)とを備え、前記参照
光学部(6c)は、第1および第2の反射鏡(64、6
6)と、前記第1および第2の反射鏡(64、66)の
間(L’)である反射鏡間隔(L’)を可変にする
(L’+ΔL’)間隔可変部(67)を有し、前記
第1の反射鏡(64)は、前記第1参照光(90)を透
過入力し、前記第1および第2の反射鏡(64、66)
のそれぞれは、互いに協働して前記第1参照光(90)
を前記第1および第2の反射鏡(64、66)の間(L
’)で複数回反射させて、前記反射鏡間隔(L’)
を複数回周回または往復する周回光(65)を生成し、
前記第2の反射鏡(66)は、前記周回光(65)が前
記反射鏡間隔(L’)を1回周回または往復する毎
に、前記周回光(65)を一部透過させてなる前記第2
参照光(69)を出力する。
The optical frequency domain reflectometer of the present invention has a frequency (ν0, ν0 +) at a set period (1 / f m ).
Light emitting unit (61) that outputs light (62) with a change in Δν)
And a first to generate a first reference light (90) and a measurement light (91) by distributing the light output from the light emitting unit (61).
Beam splitter (63) and the first reference light (90)
A reference optical section (6c) for generating a second reference light (69), a measurement reflected light (73) obtained by reflecting the measurement light (91) on a measurement target (72), and a second reference. Light (6
9) and a second beam splitter (70) for generating interference light (74); and based on the interference light (74), the measurement reflected light (73) and the second reference light (6).
9) the frequency difference (f b1 ) is detected, and the frequency difference (f b1 ) is detected.
b1 ), and a detection unit (76) for obtaining a measurement amount (L a ) for the measurement target (72), and the reference optical unit (6c) includes first and second reflecting mirrors (64, 6
6) and the first and second reflecting mirrors (64, 66) (L r ′), the reflecting mirror interval (L r ′) is variable (L r ′ + ΔL r ′) interval variable unit. (67), the first reflecting mirror (64) transmits and inputs the first reference light (90), and the first and second reflecting mirrors (64, 66).
Of the first reference light (90) in cooperation with each other.
Between the first and second reflecting mirrors (64, 66) (L
r ') is reflected multiple times, and the reflector spacing (L r ')
Orbiting light (65) that makes multiple rounds or rounds
The second reflecting mirror (66) partially transmits the orbiting light (65) every time the orbiting light (65) makes one turn or reciprocates the reflecting mirror interval (L r ') once. The second
The reference light (69) is output.

【0021】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期(1/f)でその周波数(ν0、ν0+
Δν)が変化する光(62)を出力する発光部(61)
と、前記発光部(61)から出力された光を分配して第
1参照光(108)および測定光(101)を生成する
第1光ファイバカプラ(100)と、前記第1参照光
(108)に基づいて、第2参照光(112)を生成す
る参照光学部(115)と、前記測定光(101)が測
定対象(105)に反射してなる測定反射光(106)
と、第2参照光(112)とを重ね合わせて干渉光(1
14)を生成する第2光ファイバカプラ(113)と、
前記干渉光(114)に基づいて、前記測定反射光(1
06)と前記第2参照光(112)の周波数差
(fb1)を検出し、前記周波数差(fb1)に基づい
て、前記測定対象(105)に関する測定量(L)を
求める検出部(76)とを備え、前記参照光学部(11
5)は、第1および第2の入力ポート(、)および
第1および第2の出力ポート(、)を有する第3光
ファイバカプラ(109)と、入力部(116a)およ
び出力部(116b)を有し、前記入力部(116a)
が前記第3光ファイバカプラ(109)の前記第2の出
力ポート()に接続され、前記出力部(116b)が
前記第3光ファイバカプラ(109)の前記第2の出力
ポート()に接続される光ファイバ(116)と、前
記光ファイバ(116)における前記入出力部(116
a、116b)の途中に設けられ前記入出力部(116
a、116b)間の光路長を可変にする光路可変部(1
11)とを有し、記光ファイバ(116)は、前記入出
力部(116a、116b)間を複数回周回する周回光
(110)を生成し、前記第3光ファイバカプラ(10
9)は、前記第1の入力ポート()から入力した前記
第1参照光(108)を分岐させて第1および第2の分
岐光を生成し、前記第1の分岐光を前記第1の出力ポー
ト()から前記第2参照光(112)として出力し、
前記第2の分岐光を前記第2の出力ポート()から前
記光ファイバ(116)に第n(n≧1)回目の前記周
回光(110)として出力し、前記第2の入力ポート
()から入力した前記第n回目の周回光(110)を
分岐させて第3および第4の分岐光を生成し、前記第3
の分岐光を前記第1の出力ポート()から前記第2参
照光(112)として出力し、前記第4の分岐光を前記
第2の出力ポート()から前記光ファイバ(116)
に第n+1回目の前記周回光(110)として出力し、
前記第2の入力ポート()から前記第n+1回目の前
記周回光(110)を前記第n回目の周回光(110)
として入力する。
The optical frequency domain reflectometer according to the present invention has its frequency (ν0, ν0 +) at a set period (1 / f m ).
Light emitting unit (61) that outputs light (62) with a change in Δν)
A first optical fiber coupler (100) that distributes the light output from the light emitting unit (61) to generate a first reference light (108) and a measurement light (101); and the first reference light (108). ), A reference optical unit (115) for generating a second reference light (112), and a measurement reflected light (106) obtained by reflecting the measurement light (101) on a measurement target (105).
And the second reference light (112) are overlapped with each other, and the interference light (1
A second optical fiber coupler (113) for generating 14),
Based on the interference light (114), the measurement reflected light (1
06) and the frequency difference (f b1 ) between the second reference light (112) and a detection unit (L a ) for the measurement target (105) based on the frequency difference (f b1 ). (76), and the reference optical section (11
5) is a third optical fiber coupler (109) having first and second input ports (,) and first and second output ports (,), an input section (116a) and an output section (116b). And the input unit (116a)
Is connected to the second output port () of the third optical fiber coupler (109), and the output section (116b) is connected to the second output port () of the third optical fiber coupler (109). Optical fiber (116) and the input / output unit (116) in the optical fiber (116).
a, 116b) and the input / output unit (116
a, 116b) to change the optical path length between the optical path changing unit (1
11), the optical fiber (116) generates orbiting light (110) that orbits the input / output units (116a, 116b) a plurality of times, and the third optical fiber coupler (10).
9) splits the first reference light (108) input from the first input port () to generate first and second split lights, and outputs the first split light to the first split light. Output from the output port () as the second reference light (112),
The second branched light is output from the second output port () to the optical fiber (116) as the nth (n ≧ 1) -th circulating light (110), and the second input port () is output. The nth circulating light (110) input from the above is branched to generate third and fourth branched lights, and the third and fourth branched lights are generated.
Of the second branched light (112) from the first output port (), and the fourth branched light from the second output port () to the optical fiber (116).
And outputs it as the (+1) th orbital light (110),
The n + 1th orbiting light (110) from the second input port () is changed to the nth orbiting light (110).
Enter as.

【0022】本発明の光周波数領域反射測定装置におい
て、更に、前記周回光(65、110)の強度を増幅す
る光増幅器(120、123)を有している。
The optical frequency domain reflectometry apparatus of the present invention further comprises optical amplifiers (120, 123) for amplifying the intensity of the circulating light (65, 110).

【0023】本発明の光周波数領域反射測定装置は、設
定された周期(1/f)でその周波数(ν0、ν0+
Δν)が変化する光(62)を出力する発光部(61)
と、前記発光部(61)から出力された光を分配して第
1参照光(80)および測定光(91)を生成する第1
ビームスプリッタ(63)と、前記第1参照光(80)
に基づいて、第2参照光(134)を生成する参照光学
部(68)と、前記測定光(91)が測定対象(72)
に反射してなる測定反射光(73)と、第2参照光(1
34)とを重ね合わせて干渉光(74)を生成する第2
ビームスプリッタ(70)と、前記干渉光(74)に基
づいて、前記測定反射光(73)と前記第2参照光(1
34)の周波数差(fb1)を検出し、前記周波数差
(fb1)に基づいて、前記測定対象(72)に関する
測定量(L)を求める検出部(76)とを備え、前記
参照光学部(68)は、第1および第2の反射膜面(8
2、85)と、前記第1および第2の反射膜面(82、
85)の間に設けられた複屈折光ファイバ(130)
と、前記第1の反射膜面(82)の前段および前記第2
の反射膜面(85)の後段に設けられ、前記複屈折光フ
ァイバ(130)に入出力する光の偏光方向を決定する
第1および第2の偏光部(131、133)と、前記第
1および第2の偏光部(131、133)を回転させ
て、前記第1および第2の偏光部(133)により決定
される前記偏光方向を変化させる回転部とを有し、前記
第1の反射膜面(82)は、前記第1の偏光部(13
1)を介して前記第1参照光(80)を透過入力し、前
記第1および第2の反射膜面(82、85)のそれぞれ
は、互いに協働して前記第1参照光(80)を前記第1
および第2の反射膜面(82、85)の間を複数回反射
させて、前記第1および第2の反射膜面(82、85)
の間を複数回周回または往復する周回光(132)を生
成し、前記第2の反射膜面(85)は、前記周回光(1
32)が前記第1および第2の反射膜面(82、85)
の間を1回周回または往復する毎に、前記周回光(13
2)を一部透過させ、前記第2の偏光部(133)を通
過してなる前記第2参照光(134)を出力する。
The optical frequency domain reflectometer according to the present invention has a frequency (ν0, ν0 +) at a set period (1 / f m ).
Light emitting unit (61) that outputs light (62) with a change in Δν)
And a first to generate a first reference light (80) and a measurement light (91) by distributing the light output from the light emitting unit (61).
Beam splitter (63) and the first reference light (80)
The reference optical section (68) for generating the second reference light (134) and the measurement light (91) based on the measurement target (72).
Measurement reflected light (73) reflected by the second reference light (1)
34) to produce an interference light (74)
A beam splitter (70) and the measurement reflected light (73) and the second reference light (1) based on the interference light (74).
Frequency difference 34) detects the (f b1), based on the frequency difference (f b1), provided with a measured amount and (detecting section for obtaining the L a) (76) relating to the measurement object (72), the reference The optical section (68) includes a first and a second reflection film surface (8
2, 85) and the first and second reflection film surfaces (82,
85) Birefringent optical fiber (130) provided between
And the first stage of the first reflective film surface (82) and the second stage.
First and second polarizing sections (131, 133), which are provided after the reflecting film surface (85) and determine the polarization direction of the light input to and output from the birefringent optical fiber (130); And a rotation unit that rotates the second polarization unit (131, 133) to change the polarization direction determined by the first and second polarization units (133). The film surface (82) has the first polarizing part (13).
1) through which the first reference light (80) is transmitted and input, and the first and second reflective film surfaces (82, 85) cooperate with each other to obtain the first reference light (80). The first
The first and second reflective film surfaces (82, 85) are reflected a plurality of times between the first and second reflective film surfaces (82, 85).
The orbiting light (132) that makes a plurality of turns or reciprocates between the two is generated, and the second reflection film surface (85) is turned by the orbiting light (1
32) is the first and second reflection film surfaces (82, 85)
The orbiting light (13
The second reference light (134) formed by partially transmitting 2) and passing through the second polarization unit (133) is output.

【0024】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
(a)設定された時間間隔(1/f)でその周波数
(ν0、ν0+Δν)が変化する光(62)を、入力光
(62)として提供する事と、(b)基端点(63)か
ら第1の中間点(68)を介して終端点(70)まで
の、その光路長が既知である第1の光路(63→68→
70)を提供する事と、(c)前記基端点(63)から
第2の中間点(72)を介して前記終端点(70)まで
の第2の光路(63→72→70)を提供する事と、
(d)前記入力光(62)を前記基端点(63)から前
記第1の光路(63→68→70)に出力し、前記終端
点(70)における前記第1の光路(63→68→7
0)に出力された前記入力光(62)を、参照光(6
9)として提供する事と、(e)前記入力光(62)を
前記基端点(63)から前記第2の光路(63→72→
70)に出力し、前記終端点(70)における前記第2
の光路(63→72→70)に出力された前記入力光
(62)を、測定光(73)として提供する事と、
(f)前記第1および第2の光路(63→68→70、
63→72→70)の光路差に対応する、前記参照光
(69)および前記測定光(73)の周波数差を、ビー
ト周波数(fb1)として検出する事と、(g)前記ビ
ート周波数(fb1)に基づいて、前記第2の中間点
(72)に関する測定量を求める事と、(h)前記第1
の光路(63→68→70)の前記光路長を可変にする
事とを備えてなり、前記(f)は、前記光路長が可変に
された前記第1の光路(63→68→70)と前記第2
の光路(63→72→70)の光路差に対応する前記参
照光(69)および前記測定光(73)の周波数差を、
前記ビート周波数(f )として検出する。
The optical frequency domain reflectometry method of the present invention comprises:
And to provide (a) the time interval set (1 / f m) at the frequency (.nu.0, .nu.0 + .DELTA..nu) light (62) which varies, as the input light (62), (b) group endpoints (63) To the terminal point (70) through the first intermediate point (68), the optical path length of which is known (63 → 68 →
70) and (c) providing a second optical path (63 → 72 → 70) from the base end point (63) to the end point (70) via the second intermediate point (72). What to do
(D) The input light (62) is output from the base end point (63) to the first optical path (63 → 68 → 70), and the first optical path (63 → 68 →) at the termination point (70). 7
0) to the reference light (6)
9), and (e) the input light (62) from the base end point (63) to the second optical path (63 → 72 →
70) and outputs the second signal at the termination point (70).
Providing the input light (62) output to the optical path (63 → 72 → 70) as the measurement light (73),
(F) The first and second optical paths (63 → 68 → 70,
Detecting the frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference (63 → 72 → 70) as a beat frequency (f b1 ), and (g) the beat frequency (f b1 ). f b1 ), determining the measured quantity for the second intermediate point (72), and (h) the first
The optical path length of the optical path (63 → 68 → 70) is variable, and (f) is the first optical path (63 → 68 → 70) in which the optical path length is variable. And the second
The frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference of the optical path (63 → 72 → 70) of
The beat frequency (f b 1 ) is detected.

【0025】前記(g)の前記第2の中間点(72)に
関する測定量とは、前記基端点(63)から前記第2の
中間点(72)までの距離、前記第2の中間点(72)
の温度、圧力が含まれることができる。さらに、前記第
2の中間点(72)において欠陥(被検査材にある欠陥
のような不均一なところ)があることを測定すること
(探傷)が含まれる。
The measured quantity of the second intermediate point (72) in (g) is the distance from the base end point (63) to the second intermediate point (72), the second intermediate point ( 72)
Temperature, pressure can be included. Further, it includes measuring (defect detection) that there is a defect (non-uniform portion such as a defect in the material to be inspected) at the second intermediate point (72).

【0026】前述した本発明の各構成要素のうち、図1
3に示した各構成要素を割当てることができるものに、
その割当てを行うと以下のようになる。図13に示す技
術は、(a)設定された時間間隔(1/f)でその周
波数(ν0、ν0+Δν)が変化する光(3)を、入力
光(3)として提供する事と、(b)基端点(4)から
第1の中間点(6)を介して終端点(4)までの第1の
光路(4→6→4)を提供する事と、(c)前記基端点
(4)から第2の中間点(8)を介して前記終端点
(4)までの第2の光路(4→8→4)を提供する事
と、(d)前記入力光(3)を前記基端点(4)から前
記第1の光路(4→6→4)に出力し、前記終端点
(4)における前記第1の光路(4→6→4)に出力さ
れた前記入力光(3)を、参照光(5)として提供する
事と、(e)前記入力光(3)を前記基端点(4)から
前記第2の光路(4→8→4)に出力し、前記終端点
(4)における前記第2の光路(4→8→4)に出力さ
れた前記入力光(3)を、測定光(7)として提供する
事と、(f)前記第1および第2の光路(4→6→4、
4→8→4)の光路差に対応する、前記参照光(5)お
よび前記測定光(7)の周波数差を、ビート周波数(f
b)として検出する事と、(g)前記ビート周波数(f
b)に基づいて、前記第2の中間点(8)に関する測定
量を求める事とを備えた光周波数領域反射測定方法であ
る。
Of the components of the present invention described above, FIG.
To those that can be assigned each component shown in 3.
The allocation is as follows. The technique shown in FIG. 13 provides (a) light (3) whose frequency (ν0, ν0 + Δν) changes at a set time interval (1 / f m ) as input light (3), b) providing a first optical path (4 → 6 → 4) from the base point (4) to the terminal point (4) via the first intermediate point (6), and (c) the base point ( 4) to provide a second optical path (4 → 8 → 4) from the intermediate point (8) to the terminal point (4), and (d) the input light (3) The input light (3) output from the proximal end point (4) to the first optical path (4 → 6 → 4) and output to the first optical path (4 → 6 → 4) at the termination point (4). ) Is provided as reference light (5), and (e) the input light (3) is output from the base end point (4) to the second optical path (4 → 8 → 4), and the end point is output. Before in (4) The input light (3) output to the second optical path (4 → 8 → 4) is provided as measurement light (7), and (f) the first and second optical paths (4 → 6). → 4,
The frequency difference between the reference light (5) and the measurement light (7) corresponding to the optical path difference of 4 → 8 → 4) is defined as the beat frequency (f
b), and (g) the beat frequency (f)
The optical frequency domain reflectometry method comprising: determining a measurement amount for the second intermediate point (8) based on b).

【0027】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記(h)は、その前記光路長が互いに異なる前記
第1の光路(63→68→70)を複数生成する事を含
み、前記(f)は、前記複数の第1の光路(63→68
→70)のうち、前記第2の光路(63→72→70)
の光路長と最も近い光路長を有する前記第1の光路(6
3→68→70)と、前記第2の光路(63→72→7
0)の光路差に対応する前記参照光(69)および前記
測定光(73)の周波数差を前記ビート周波数
(fb1)として検出する。
In the optical frequency domain reflectometry method of the present invention, the step (h) includes generating a plurality of the first optical paths (63 → 68 → 70) having different optical path lengths, and the step (f) ) Is the plurality of first optical paths (63 → 68).
→ 70), the second optical path (63 → 72 → 70)
The optical path length closest to the optical path length of the first optical path (6
3 → 68 → 70) and the second optical path (63 → 72 → 7)
The frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference of 0) is detected as the beat frequency (f b1 ).

【0028】上記本発明によれば、前記ビート周波数
(fb1)は、前記複数の第1の光路(44、k=N)
のうち前記第2の光路(43)に最も近い前記第1の光
路(45、k=2)と、前記第2の光路(43)との光
路差(τ)に対応するものとして検出される。このた
め、前記最も近い第1の光路(45、k=2)との比較
において、前記第2中間点(72)に関する測定量(例
えば距離、特にここでは相対距離l)を求めることが
できる。上記k=2に設定された第1の光路の距離に対
する、前記第2の中間点(72)の距離のずれ(位置ず
れ)を検出する場合には、前記相対距離lの検出で十
分であり、上記k=NのNを求めることにより求められ
る絶対距離(L)の測定までは不要である。
According to the present invention, the beat frequency (f b1 ) is determined by the plurality of first optical paths (44, k = N).
Detected as corresponding to an optical path difference (τ a ) between the first optical path (45, k = 2) closest to the second optical path (43) and the second optical path (43). It Therefore, in comparison with the closest first optical path (45, k = 2), the measured quantity relating to the second intermediate point (72) (for example, a distance, a relative distance l a particularly here) can be determined . With respect to the distance of the first optical path set in the k = 2, the second in the case of detecting a shift of the distance of the middle point (72) (position shift) may be sufficient detection of the relative distance l a There, it is not necessary to measure the absolute distance is determined by determining the N of the k = N (L a).

【0029】前記相対距離lは、下記式(11)によ
り求められる。 l=(cfb1/α). ここで、cは光速である。 α=2Δνf. Δνは、光FM帯域幅であり、前記入力光(62)の周
波数の変化分である。fmは、前記入力光(62)の変
調周波数である。 ……(11)
[0029] The relative distance l a is obtained by the following equation (11). l a = (cf b1 / α ). Here, c is the speed of light. α = 2Δνf m . Δν is the optical FM bandwidth, which is the change in the frequency of the input light (62). fm is the modulation frequency of the input light (62). …… (11)

【0030】図1において、反射鏡64、66の間隔長
さを適宜調整して、任意の隣り合う参照光同士間でしか
相関がないように設定しておく。このことにより、自動
的に、前記第2の光路43に1番近い前記第1の光路4
5との光路差τに相当する前記ビート周波数41と、
2番目に近い前記第1の光路46との光路差に相当する
前記ビート周波数42のみが発生する。
In FIG. 1, the interval length between the reflecting mirrors 64 and 66 is appropriately adjusted so that there is a correlation only between arbitrary adjacent reference lights. As a result, the first optical path 4 which is the closest to the second optical path 43 is automatically generated.
5, the beat frequency 41 corresponding to the optical path difference τ a from
Only the beat frequency 42 corresponding to the optical path difference from the first optical path 46 which is the second closest is generated.

【0031】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記(h)は、前記複数の第1の光路(63→68
→70)を第2の設定された時間間隔(τ)で生成す
るとともに、前記複数の第1の光路(63→68→7
0)同士の光路長差(L)が互いに同じとなるように
前記複数の第1の光路(63→68→70)を生成す
る。
In the optical frequency domain reflection measuring method of the present invention, the above (h) is the plurality of first optical paths (63 → 68).
→ 70) is generated at the second set time interval (τ r ), and the plurality of first optical paths (63 → 68 → 7) are generated.
0) The plurality of first optical paths (63 → 68 → 70) are generated so that the optical path length differences (L r ) between them are the same.

【0032】前記第2の設定された時間間隔、および前
記複数の第1の光路(63→68→70)同士の光路長
差は、反射鏡64、67間の距離(L’)に対応して
いる。
The second set time interval and the optical path length difference between the plurality of first optical paths (63 → 68 → 70) correspond to the distance (L r ') between the reflecting mirrors 64 and 67. is doing.

【0033】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
(aa)設定された時間間隔(1/f )でその周波数
(ν0、ν0+Δν)が変化する光(62)を、入力光
(62)として提供する事と、(ab)基端点(63)
から第1の中間点(68)を介して終端点(70)まで
の、その光路長が既知である第1の光路(63→68→
70)を提供する事と、(ac)前記基端点(63)か
ら第2の中間点(72)を介して前記終端点(70)ま
での第2の光路(63→72→70)を提供する事と、
(ad)前記入力光(62)を前記基端点(63)から
前記第1の光路(63→68→70)に出力し、前記終
端点(70)における前記第1の光路(63→68→7
0)に出力された前記入力光(62)を、参照光(6
9)として提供する事と、(ae)前記入力光(62)
を前記基端点(63)から前記第2の光路(63→72
→70)に出力し、前記終端点(70)における前記第
2の光路(63→72→70)に出力された前記入力光
(62)を、測定光(73)として提供する事と、(a
f)前記第1および第2の光路(63→68→70、6
3→72→70)の光路差に対応する、前記参照光(6
9)および前記測定光(73)の周波数差を、ビート周
波数(fb1)として検出する事と、(ag)前記ビー
ト周波数(fb1)に基づいて、前記第2の中間点(7
2)に関する測定量を求める事とを備えてなり、前記第
1の光路(63→68→70)は、前記第1の光路(6
3→68→70)を通る光(65)が第3の設定された
距離(L’)を2回以上周回または往復する周回部分
を含んでいる。
The optical frequency domain reflection measuring method of the present invention comprises:
(Aa) Set time interval (1 / f m) At that frequency
The light (62) whose (ν0, ν0 + Δν) changes is input light
(62), and (ab) base point (63)
To the end point (70) through the first intermediate point (68)
, Whose first optical path is known (63 → 68 →
70) and (ac) whether the base end point (63)
To the end point (70) via the second intermediate point (72).
To provide the second optical path (63 → 72 → 70) in
(Ad) The input light (62) from the base end point (63)
Output to the first optical path (63 → 68 → 70), and
The first optical path (63 → 68 → 7) at the end point (70)
0) to the reference light (6)
9) and (ae) the input light (62)
From the base point (63) to the second optical path (63 → 72
→ 70), and outputs to the end point (70)
The input light output to the second optical path (63 → 72 → 70)
(62) is provided as measurement light (73), and (a)
f) The first and second optical paths (63 → 68 → 70, 6
The reference light (6) corresponding to the optical path difference of 3 → 72 → 70)
9) and the frequency difference between the measuring light (73) and the beat frequency.
Wave number (fb1), And (ag) the bee
Frequency (fb1Based on the second intermediate point (7
2) determining a measurement quantity relating to
The first optical path (63 → 68 → 70) corresponds to the first optical path (6
The light (65) passing through 3 → 68 → 70) is set to the third
Distance (Lr′) Goes around more than once or goes back and forth
Is included.

【0034】本発明の光周波数領域反射測定方法は、
(m)設定された時間間隔(1/f)でその周波数
(ν0、ν0+Δν)が変化する光(62)を、入力光
(62)として提供する事と、(n)基端点(63)か
ら第1の中間点(68)を介して終端点(70)まで
の、その光路長が既知である第1の光路(63→68→
70)を提供する事と、(o)前記基端点(63)から
第2の中間点(72)を介して前記終端点(70)まで
の第2の光路(63→72→70)を提供する事と、
(p)前記入力光(62)を前記基端点(63)から前
記第1の光路(63→68→70)に出力し、前記終端
点(70)における前記第1の光路(63→68→7
0)に出力された前記入力光(62)を、参照光(6
9)として提供する事と、(q)前記入力光(62)を
前記基端点(63)から前記第2の光路(63→72→
70)に出力し、前記終端点(70)における前記第2
の光路(63→72→70)に出力された前記入力光
(62)を、測定光(73)として提供する事と、
(r)前記第1および第2の光路(63→68→70、
63→72→70)の光路差に対応する、前記参照光
(69)および前記測定光(73)の周波数差を、ビー
ト周波数(fb1)として検出する事と、(s)前記ビ
ート周波数(fb1)に基づいて、前記第2の中間点
(72)に関する測定量を求める事と、(t)前記第1
の光路(63→68→70)の前記光路長を可変にする
事とを備えてなり、前記(r)は、前記光路長が可変に
された前記第1の光路(63→68→70)と前記第2
の光路(63→72→70)の光路差に対応する前記参
照光(69)および前記測定光(73)の周波数差を、
第1の前記ビート周波数(fb1)として検出し、前記
(t)は、前記第1の光路(63→68→70)の光路
長(k=2)を、前記第1のビート周波数(fb1)に
対応する前記第1の光路(63→68→70)の光路長
とは異なる再変化量(k=2’)に設定し、前記(r)
は、前記光路長が前記再変化量(k=2’)に設定され
た前記第1の光路(63→68→70)と、前記第2の
光路(63→72→70)に対応する前記参照光(6
9)および前記測定光(73)の周波数差を、第2の前
記ビート周波数(f’b1)として検出し、前記(s)
は、前記第1および第2のビート周波数(fb1、f’
b1)に基づいて、前記第2の中間点(72)に関する
測定量を求める。
The optical frequency domain reflectometry method of the present invention comprises:
(M) the time interval set (1 / f m) at the frequency (.nu.0, .nu.0 + .DELTA..nu) and to provide a light (62) which varies, as the input light (62), (n) group endpoints (63) To the terminal point (70) through the first intermediate point (68), the optical path length of which is known (63 → 68 →
70) and (o) provide a second optical path (63 → 72 → 70) from the base end point (63) to the end point (70) via the second intermediate point (72). What to do
(P) The input light (62) is output from the proximal end point (63) to the first optical path (63 → 68 → 70), and the first optical path (63 → 68 →) at the termination point (70). 7
0) to the reference light (6)
9) and (q) the input light (62) from the base end point (63) to the second optical path (63 → 72 →
70) and outputs the second signal at the termination point (70).
Providing the input light (62) output to the optical path (63 → 72 → 70) as the measurement light (73),
(R) The first and second optical paths (63 → 68 → 70,
Detecting the frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference (63 → 72 → 70) as the beat frequency (f b1 ), and (s) the beat frequency (f b1 ). f b1 ), determining a measured quantity with respect to the second intermediate point (72), and (t) the first
The optical path length of the optical path (63 → 68 → 70) is variable, and (r) is the first optical path (63 → 68 → 70) in which the optical path length is variable. And the second
The frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference of the optical path (63 → 72 → 70) of
The first beat frequency (f b1 ) is detected, and (t) is the optical path length (k = 2) of the first optical path (63 → 68 → 70). b1 ) is set to a re-change amount (k = 2 ′) different from the optical path length of the first optical path (63 → 68 → 70) corresponding to ( b )
Corresponds to the first optical path (63 → 68 → 70) in which the optical path length is set to the re-change amount (k = 2 ′) and the second optical path (63 → 72 → 70). Reference light (6
9) and the frequency difference between the measurement light (73) are detected as the second beat frequency (f ′ b1 ), and (s)
Is the first and second beat frequencies (f b1 , f ′).
Based on b1 ), the measured quantity for the second midpoint (72) is determined.

【0035】本発明の光周波数領域反射測定方法におい
て、前記(t)は、その前記光路長が互いに異なる前記
第1の光路(63→68→70)を複数生成する事を含
み、前記複数の第1の光路(63→68→70)同士の
光路長差が互いに同じとなるように前記複数の第1の光
路(63→68→70)を生成し、前記(r)は、前記
複数の第1の光路(63→68→70)のうち、前記第
2の光路(63→72→70)の光路長と最も近い光路
長を有する前記第1の光路(63→68→70)と、前
記第2の光路(63→72→70)の光路差に対応する
前記参照光(69)および前記測定光(73)の周波数
差を前記第1のビート周波数(fb1)として検出し、
前記(t)は、前記第1のビート周波数(fb1)に対
応する前記第1の光路(63→68→70)の光路長
と、前記再変化量(k=2’)との差が、前記互いに同
じとされた前記複数の第1の光路(63→68→70)
同士の光路長差(L)を超えない値となるように前記
再変化量(k=2’)を設定する。
In the optical frequency domain reflection measuring method of the present invention, the (t) includes generating a plurality of the first optical paths (63 → 68 → 70) having different optical path lengths from each other, The plurality of first optical paths (63 → 68 → 70) are generated so that the optical path length differences between the first optical paths (63 → 68 → 70) are the same, and the (r) is the plurality of optical paths. Of the first optical paths (63 → 68 → 70), the first optical path (63 → 68 → 70) having an optical path length closest to the optical path length of the second optical path (63 → 72 → 70), The frequency difference between the reference light (69) and the measurement light (73) corresponding to the optical path difference of the second optical path (63 → 72 → 70) is detected as the first beat frequency (f b1 ),
The difference (t) is the difference between the optical path length of the first optical path (63 → 68 → 70) corresponding to the first beat frequency (f b1 ) and the re-change amount (k = 2 ′). , The plurality of first optical paths that are the same as each other (63 → 68 → 70)
The re-change amount (k = 2 ′) is set so that the difference does not exceed the optical path length difference (L r ).

【0036】本発明の装置構成は、所要の周期で光の波
長(周波数)可変ができる光源部(発光手段)(61)
と、外部からその波長可変制御を行うために必要な制御
回路および信号発生器から構成される波長可変制御部
(波長可変制御手段)(60)と、外部から光源部(6
1)への戻り光による光周波数の不安定さを防ぐための
光学素子(59)、そして光源(61)からの出力光
(62)を参照光学系(第1光学手段)(68)と測定
光(91)との2方向へ分配する光分配器(63)と、
その参照光学系(68)からの反射・透過光(69)と
被測定対象(72)からの測定反射光(73)とを合波
するための光合波器(70)からなる測定光学系(第2
光学手段)と、その第2光学手段により得られる干渉信
号光(74)を電気信号として検出するための光検出器
(75)、それによって得られる電気信号(ビート信
号)の周波数成分を解析するための検波解析処理部(7
6)から構成されている光周波数領域反射測定装置にお
いて、上記参照光学系(第1光学手段)(68)の光路
上の構成が、ある周期長間隔(τ)で多重往復・周回
し再び測定光学系(第2光学手段)へ帰還するようにし
てあり、その多重往復・周回の基本周期の光路長
(L)がわずかに可変、またはわずかに異なる基本周
期の光路長(L)を選択あるいは発生させることで、
その参照光路長に任意に遅延を与えることができる。
The device configuration of the present invention is such that a light source section (light emitting means) (61) capable of varying the wavelength (frequency) of light in a required cycle.
A wavelength tunable control unit (wavelength tunable control means) (60) composed of a control circuit and a signal generator required to perform the wavelength tunable control from the outside, and a light source unit (6) from the outside.
The optical element (59) for preventing the instability of the optical frequency due to the returning light to 1) and the output light (62) from the light source (61) are measured with the reference optical system (first optical means) (68). A light distributor (63) that distributes light (91) in two directions,
A measuring optical system (70) for combining the reflected / transmitted light (69) from the reference optical system (68) and the measured reflected light (73) from the object to be measured (72) ( Second
(Optical means), a photodetector (75) for detecting the interference signal light (74) obtained by the second optical means as an electric signal, and the frequency component of the electric signal (beat signal) obtained thereby is analyzed. Detection analysis processing unit (7
In the optical frequency domain reflectometry device configured from 6), the configuration of the reference optical system (first optical means) (68) on the optical path undergoes multiple round trips and orbits at a certain cycle length interval (τ r ) again. measuring optical system Yes so as to return to the (second optical means), the optical path length of the fundamental period of the multiple round-trip-orbiting (L r) variable slightly or optical path length of slightly different fundamental period, (L r) By selecting or generating
The reference optical path length can be arbitrarily delayed.

【0037】本発明の手段は、光周波数領域反射測定装
置の参照光学系(第一光学手段)の基本光路長Lと、
周回数Nと、基本光路長Lからの遅延変化量ΔL
け変化した時のビート周波数の変化分と、その変化分の
方向の情報により、最終的に測定したい測定値(L
の粗の部分(|N|L)を求め、微の部分(l)は
遅延変化起こす前に検出されたビート周波数値より求
め、これら両者を足し合せた粗・微計測(|N|L±
)により精度を維持しつつダイナミックレンジを広
くできる。
The means of the present invention comprises a basic optical path length L r of a reference optical system (first optical means) of an optical frequency domain reflectometry device,
A number of turns N, and variation of the beat frequency at the time of changing the delay variation amount [Delta] L r from the basic optical path length L r, the direction information of the change amount ultimately desired to be measured measurement values (L a)
Coarse portion seeking (| | N L r), fine portions (l a) is obtained from the beat frequency value detected before taking delay variation, coarse-fine measuring the combined sum of both of them (| N | L r ±
l a ) makes it possible to widen the dynamic range while maintaining accuracy.

【0038】また、第1光学手段(参照光学系)(6
8)が光源部(61)の直後に配置しても(分配器(6
3)により参照光(90)と測定光(91)とに二分さ
れる前に)上記発明と同様の効果(精度を維持しつつダ
イナミックレンジを広くする)をもたらす。
The first optical means (reference optical system) (6
8) is arranged immediately after the light source section (61) (the distributor (6
3) The effect similar to that of the above-described invention (before it is divided into the reference light (90) and the measurement light (91)) (the dynamic range is widened while maintaining the accuracy) is obtained.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、本発
明による光周波数領域反射測定法の一実施形態について
詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of an optical frequency domain reflectometry method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0040】(第1の実施形態)ここで図1から図8を
参照して第1の実施形態および実測例を述べる。図1は
本実施形態の構成を示しており、図2から図7は本実施
形態の作用、図8は実測例を示している。第1の実施形
態は周回参照光学系がファブリペロー型である。図1
は、その部分をミラー対の空間型の例で説明している
が、その部分はファイバファブリペロー型に置き換えて
も同じ作用をもたらす。
(First Embodiment) Here, a first embodiment and an actual measurement example will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. 1 shows the configuration of this embodiment, FIGS. 2 to 7 show the operation of this embodiment, and FIG. 8 shows an example of actual measurement. In the first embodiment, the orbiting reference optical system is a Fabry-Perot type. Figure 1
Describes that part with an example of a space type of a mirror pair, but if the part is replaced with a fiber Fabry-Perot type, the same effect is obtained.

【0041】第1の実施形態の作用を図1の構成を使
い、図2から図7を用いて説明する。図1の光源61は
光周波数変調制御部60によって光周波数変調(FM)
を受け、アイソレータ59を通り光FM出力62として
出力される。その出力光62はビームスプリッタ63に
より参照光90と測定信号光91とに分配される。その
うち参照光90はファブリペロー型周回参照光学系68
に導かれ反射鏡64と反射鏡66のそれぞれの繰り返し
反射によりその反射鏡間隔L’を周回する周回反射光
65が作り出される。
The operation of the first embodiment will be described using the configuration of FIG. 1 and with reference to FIGS. 2 to 7. The light source 61 of FIG. 1 has an optical frequency modulation (FM) controlled by an optical frequency modulation controller 60.
It is received and is output as an optical FM output 62 through the isolator 59. The output light 62 is split by the beam splitter 63 into a reference light 90 and a measurement signal light 91. Among them, the reference light 90 is the Fabry-Perot type circular reference optical system 68.
By being repeatedly reflected by the reflecting mirror 64 and the reflecting mirror 66, the orbiting reflected light 65 that goes around the reflecting mirror interval L r 'is created.

【0042】その結果、光学系68では周回反射光65
が一往復するごとに反射鏡66からの一部透過光が一往
復時間(τ=L/c.c:光速, L=2
’)ごとに規則正しく出力される。これが周回参照
光69として本実施形態中の測定レンジの拡大のために
寄与する。ここまでの動作についての原理を図2から図
4を用いて説明する。
As a result, the orbiting reflected light 65 is reflected by the optical system 68.
Each round trip, the partially transmitted light from the reflecting mirror 66 makes one round trip time (τ r = L r / cc: speed of light, L r = 2
It is output regularly for each L r '). This contributes to the expansion of the measurement range in the present embodiment as the circular reference light 69. The principle of the operation up to this point will be described with reference to FIGS.

【0043】図2は周回参照光を用いた時の光周波数掃
引時間変化である。図中の点線は各周回における参照光
の光周波数掃引の様子で、実線は測定反射光43であ
る。ビート周波数はこれらの光周波数の差の組み合わせ
により幾つも発生するが、それは理論上規則性のある組
み合わせで限られた範囲で発生するため、事前にあるビ
ート周波数(もしくは周波数帯域内)だけを着目し観測
することで、この場合距離を求めることができる。
FIG. 2 shows changes in the optical frequency sweep time when the circulating reference light is used. The dotted line in the figure shows the optical frequency sweep of the reference light in each round, and the solid line is the measurement reflected light 43. Many beat frequencies are generated due to the combination of these optical frequency differences, but since they are theoretically regular combinations and occur in a limited range, only the beat frequency (or within the frequency band) that exists in advance is focused on. In this case, the distance can be obtained by observing.

【0044】その過程を図2から図4を用いて具体的に
説明するが、同時に、一般的(N周回の場合)に拡張し
た場合についても説明する。
The process will be specifically described with reference to FIGS. 2 to 4. At the same time, a general case (in the case of N revolutions) will be described.

【0045】周回参照光は、図2に示すように、周回時
間間隔τrごとにk=0,1,2,3,……N周回それ
ぞれに対応した時間t=0,τ,2τ,3τ,…
…Nτのように時間多重で複数形成(点線)される。
現状、この段階でも測定信号光43がなくても周回参照
光同士の周波数差によりビート信号は発生する。その基
本となるビート周波数は隣り合う参照光の周波数差f
br40であり、2つ両隣り、3つ両隣りごとに2f
br、3fbrのように、fbrの高調波成分の形で離
散的に発生する。
The circulating reference beam, as shown in FIG. 2, k = 0, 1, 2, 3 for each lap time interval tau r, ...... N lap time corresponding to each t = 0, τ r, 2τ r , 3τ r ,…
A plurality of dots are formed by time multiplexing (dotted line) like Nτ r .
At present, even at this stage, the beat signal is generated due to the frequency difference between the orbiting reference lights even without the measurement signal light 43. The basic beat frequency is the frequency difference f between adjacent reference lights.
br 40, 2f on both sides and 3f on each side
br , 3f br , which are discretely generated in the form of harmonic components of f br .

【0046】しかしながら仮にN周回したからといっ
て、Nfbrまでの全てのビート周波数の高調波成分が
発生するとは限らない。それは周回参照光同士の相関度
(コヒーレンス)の大小によってその高調波領域は決ま
る。もし相関が無限にあるならば全ての高調波成分は存
在しうるが、実際はその相関は有限であるため、その周
回参照光同士のビート周波数の数もその相関時間の範囲
でしか存在しない。
However, even if it makes N revolutions, it does not mean that harmonic components of all beat frequencies up to Nf br are generated. Its harmonic region is determined by the magnitude of the degree of correlation (coherence) between the circular reference lights. If the correlation is infinite, all harmonic components can exist, but in reality, the correlation is finite, so the number of beat frequencies between the orbiting reference lights also exists only within the correlation time range.

【0047】ここで任意の隣り合う周回参照光同士間で
しか相関がない場合を考える(実際の動作としては図1
の反射鏡64、66の間隔長さを移動ステージ67を用
いて変えるだけでその相関度も自在に調整できる)。す
ると、周回参照光同士のビート周波数は基本参照ビート
周波数fbr40しか存在しなくなる。この時のf
は次式(3)で表される。 fbr=ατ. α=2Δνf. ……(3) ただし、Δν:光FM帯域幅、fは変調周波数であ
る。
Here, consider a case where there is a correlation only between arbitrary adjacent orbiting reference lights (the actual operation is as shown in FIG.
The degree of correlation can be freely adjusted only by changing the distance between the reflecting mirrors 64 and 66 using the moving stage 67). Then, only the basic reference beat frequency f br 40 exists as the beat frequency between the circular reference lights. F b r at this time
Is expressed by the following equation (3). f br = ατ r . α = 2Δνf m . ...... (3) However, .DELTA..nu: Light FM bandwidth, is f m is the modulation frequency.

【0048】再び図1でのそれ以降の動作について説明
するのと同時に、図2から図4の原理図も併用して本実
施形態を説明する。
The operation thereafter will be described again with reference to FIG. 1, and at the same time, the present embodiment will be described with reference to the principle diagrams of FIGS. 2 to 4.

【0049】さて今度、このような周回参照光の条件下
で、図1の測定対象72(k=0に係る参照光との光路
差時間2τr+τaに相当)から測定反射光73が反射再
到来する。この測定反射光73と参照光69はビームス
プリッタ70を介して合波し干渉光74として受光器7
5で二乗検波される。そして信号処理部76によりビー
ト信号の周波数成分が解析される。これらの結果は、図
2の原理図の関係からみると周回参照光同士の関係に新
たに測定反射光43が加わることとなる。
Now, under such conditions of the orbiting reference light, the measurement reflected light 73 is reflected from the measurement object 72 of FIG. 1 (corresponding to the optical path difference time 2τ r + τ a with the reference light for k = 0). Will come again. The measurement reflected light 73 and the reference light 69 are combined via the beam splitter 70 and are combined as interference light 74 in the light receiver 7
Square-law detection is performed at 5. Then, the signal processing unit 76 analyzes the frequency component of the beat signal. From these results, the measurement reflected light 43 is newly added to the relationship between the orbiting reference lights when viewed from the relationship of the principle diagram of FIG.

【0050】任意の隣り合う周回参照光同士間でしか相
関がない条件下で、これらの周回参照光と測定信号光4
3との相関関係があるのはk=2に係る参照光45とk
=3に係る参照光46のみであり、測定信号光43との
それぞれの周波数差(ビート周波数)はfb141とf
b242となる。
Under the condition that there is a correlation only between arbitrary adjacent orbiting reference lights, these orbiting reference lights and the measurement signal light 4
The correlation with 3 is that the reference light 45 for k = 2 and k
= 3 and the frequency difference (beat frequency) from the measurement signal light 43 is f b1 41 and f 2.
b2 42.

【0051】これらビート周波数の大小関係は図3で示
しているビート周波数スペクトラム48、49に相当
し、同時に周回参照光同士の基本ビート周波数スペクト
ラム47も一緒に発生する。
The magnitude relationship between these beat frequencies corresponds to the beat frequency spectra 48 and 49 shown in FIG. 3, and at the same time, the basic beat frequency spectrum 47 between the orbiting reference lights is also generated.

【0052】これらのビート周波数スペクトラムfbr
とfb1とfb2との関係は、測定反射光43の参照光
からの光路差が変化しても常に次式(4)の関係を満た
す特徴を有する。 fbr=fb1+fb2. (4) ここで、 (i)fb1=ατ. (0≦fb1≦(fbr/2)). (ii)fb2=α(τ−τ). ((fbr/2)≦fb2≦fbr ). (5) である。
These beat frequency spectra f br
The relation between f b1 and f b2 has a feature that always satisfies the relation of the following expression (4) even if the optical path difference of the measurement reflected light 43 from the reference light changes. f br = f b1 + f b2 . (4) Here, (i) f b1 = ατ a . (0 ≦ f b1 ≦ (f br / 2)). (Ii) f b2 = α (τ r −τ a ). ((F br / 2) ≦ f b2 ≦ f br ). (5)

【0053】式(5)の二つビート周波数スペクトラム
b148とfb249が、測定距離L(図4参照)が
変化しても(4)式を常に満たすならば、fb1に関し
て言えばその軌跡は図4の符号51のように周回光路長
を一周期としたジグザクの折り返し軌跡を示す。そ
して各軌跡ごとに添付されている数字は、その測定距離
領域でのビートに寄与している周回参照光の周回番号で
ありその±の符号は測定信号より遠いところにある参照
光には+、近いところにある場合は−という意味で表記
している。
If the two beat frequency spectra f b1 48 and f b2 49 of the equation (5) always satisfy the equation (4) even if the measurement distance L (see FIG. 4) changes, then with respect to f b1 The locus indicates a zigzag turn back locus with the cycle optical path length L r as one cycle, as indicated by reference numeral 51 in FIG. The number attached to each trajectory is the orbital number of the orbiting reference light that contributes to the beat in the measurement distance area, and the ± sign is + for the reference light far from the measurement signal. When they are close to each other, they are indicated by-.

【0054】つまり測定レンジの拡大(この場合測距範
囲の拡大)に必要な測定基準は、参照光がN回周回する
ごとに、自動的にN倍その基準光路長が等間隔に拡大さ
れ、今回の例題である測定反射光43では、自動的にそ
の距離に一番近い測定基準である2番目の参照光(2τ
r)からの光路差(τa)に相当するビート周波数(4
1)が発生する。
That is, the measurement standard necessary for expanding the measurement range (in this case, expanding the distance measuring range) is automatically expanded by N times the reference optical path length at equal intervals every time the reference light circulates N times. In the measurement reflected light 43 which is the example of this time, the second reference light (2τ
beat frequency (4) corresponding to the optical path difference (τ a ) from r )
1) occurs.

【0055】この段階では、ある任意の距離(この場合
2番目の周回参照光の光路差2τr)をオフセットとし
た、そこからの相対距離l(光路差τに対応する距
離)は求められるが、この段階では周回参照光の周回数
N番目(この場合N=2)がわからないため、k=0を
絶対基準として測定した絶対距離は、まだわからない。
しかしながらその相対距離lのみを知るためであるな
らばこの段階で十分である。
At this stage, a relative distance l a (a distance corresponding to the optical path difference τ a ) from which an arbitrary distance (in this case, the optical path difference 2τ r of the second orbiting reference light) is used as an offset is obtained. However, at this stage, since the number N of turns of the orbiting reference light (N = 2 in this case) is not known, the absolute distance measured with k = 0 as an absolute reference is not yet known.
However, this step is sufficient if only to know the relative distance l a .

【0056】次に説明するのは、更に絶対距離をもとめ
るための手順である。この手順を図5から図7の「Nの
判定方法」を用いて説明する。前述した相対距離を求め
る方法にこの方法を組み合わせることで、そのビート信
号が何周回(N周回)目の参照光と干渉して得られたも
のなのかと(Nの絶対値の判定)、その参照光が測定信
号光より遠いか近いかを判定し(Nの符号の判定)、こ
れらを組み合わせて絶対距離L=|N|L±l
を求めることができる。
Described next is a procedure for further obtaining the absolute distance. This procedure will be described with reference to the “N determination method” shown in FIGS. By combining this method with the method for obtaining the relative distance described above, the number of laps (N laps) of the reference light was obtained by interfering with the beat signal (determination of the absolute value of N), and the reference It is judged whether the light is far or nearer than the measurement signal light (judgment of the sign of N), and these are combined to obtain the absolute distance L a = | N | L r ± l a .
Can be asked.

【0057】その「Nと符号の判定」の手順と原理を図
1と図5から図7を用いて説明する。まず、Nを判定す
るための動作手順として、図1の周回参照光学系68の
ファブリペロー干渉系の片方の反射鏡66を移動ステー
ジ67で光軸方向に可変にすることでファブリペロー干
渉系の反射鏡64と反射鏡66の基本となる光路間隔長
、周回時間τをそれぞれ、L→L+Δ
.、τ→τ+Δτ.のように変化させる。
The procedure and principle of the "determination of N and code" will be described with reference to FIGS. 1 and 5 to 7. First, as an operation procedure for determining N, one reflecting mirror 66 of the Fabry-Perot interference system of the orbiting reference optical system 68 of FIG. The optical path interval length L r and the orbiting time τ r, which are the basis of the reflecting mirror 64 and the reflecting mirror 66, are L r → L r + Δ, respectively.
L r . , Τ r → τ r + Δτ r . Change like.

【0058】この変化はN周回するごとにΔL、Δτ
が累積加算(N倍)される結果、間隔を変化させる前
と比べ、N周回目のその変化はそれぞれNΔL、NΔ
τだけ変化することになる。その変化分は図7で示す
ように検出されるビート周波数の変化量(図7の点線と
実線の周波数差)に反映される。周回光路差を変化させ
る前後の各光の関係を図5で示す。図5の点線が反射鏡
64と66の間隔を変化させる前の状態で、一点鎖線は
間隔を変化した後である。そして、実線が測定反射光で
ある。ちなみに、測定信号光は周回光路長の変化には関
係しないので図2の符号43で示すもののそのままであ
る。
This change is ΔL r , Δτ every N revolutions.
As a result of the cumulative addition of r (N times), the changes in the Nth turn are NΔL r and NΔ, respectively, as compared with before the interval change.
It will change by τ r . The change amount is reflected in the amount of change in the beat frequency detected as shown in FIG. 7 (frequency difference between the dotted line and the solid line in FIG. 7). The relationship of each light before and after changing the circulating optical path difference is shown in FIG. The dotted line in FIG. 5 is in a state before the distance between the reflecting mirrors 64 and 66 is changed, and the one-dot chain line is after the distance is changed. The solid line is the measurement reflected light. Incidentally, since the measurement signal light is not related to the change in the circulating optical path length, it is the same as that shown by the reference numeral 43 in FIG.

【0059】任意のN周回目参照光によるビート周波数
から絶対距離Lを求めるためには、上記の周回参照光
の基本光路長Lを僅かに可変にするこれらの動作が必
要である。これらの情報から求められる絶対距離L
次式を用い求めることができる。 (i)N>0 L=|N|L−cfb1/α. (ii)N<0 L=|N|L+cfb1/α. ここで、cは光速である。 (6)
In order to obtain the absolute distance L a from the beat frequency of an arbitrary N-turn reference light, these operations for slightly changing the basic optical path length L r of the reference light described above are necessary. The absolute distance L a obtained from these pieces of information can be obtained using the following equation. (I) N> 0 L a = | N | L r -cf b1 / α. (Ii) N <0 L a = | N | L r + cf b1 / α. Here, c is the speed of light. (6)

【0060】ここで重要なのはNであり、それ以外は既
知のパラメータである。Nは次のように求めることがで
きる。前述した操作により基本光路長LがLからL
+ΔLに変化すると図6のビート周波数スペクトラ
ムfb148(点線)がf’ b154(実線)のように
変化する。その変化量をΔfb1’とした時、図5の条
件下(k=2、k=2’)ではその変化量Δfb1’は
2Δfbrに相当する(図7のk=2参照)。
Here, N is important, and the others are already known.
It is a parameter of knowledge. N can be calculated as follows.
Wear. By the above operation, the basic optical path length LrIs LrTo L
r+ ΔLrChange to the beat frequency spectrum of Fig. 6
Mu fb148 (dotted line) is f ' b1Like 54 (solid line)
Change. The amount of change is Δfb1’, The line in FIG.
Under the condition (k = 2, k = 2 '), the change amount Δfb1’Is
2Δfbr(See k = 2 in FIG. 7).

【0061】更に重要なのは、この変化量の向きであ
る。つまり、周回参照光の基本光路差が長くなる方向を
+、短くなる方向を−と事前に定義すれば、おのずとΔ
b1’はその変化量に符号が付く。これらの準備と式
(7)によりそのNと符号は判別でき、その結果を式
(6)のいずれかに代入することで絶対距離Lを算出
する。 N=Δfb1’/Δfbr. (7)
What is more important is the direction of this amount of change. That is, if the direction in which the basic optical path difference of the orbiting reference light becomes longer is defined as +, and the direction in which it becomes shorter is defined as −, naturally, Δ
The change amount of f b1 ′ has a sign. The N and the sign can be discriminated by these preparations and the equation (7), and the absolute distance L a is calculated by substituting the result into any of the equations (6). N = Δf b1 ′ / Δf br . (7)

【0062】これらの関係式を用いて第1の実施形態で
想定した具体例(原理図2から図7)について、Nとそ
の符号を求めて絶対距離を求めてみる。まず図3で検出
したビート周波数スペクトラムfb148に着目し、N
を求めるために前述したように周回参照光学系の基本光
路長LをΔL(光路時間Δτ)だけ長くなる方向
に変化させると(つまり図5の説明ではk=2に係る周
回参照光45はk’=2に係る周回参照光53に変化す
る)、得られるビート信号の周波数fb148はf’
b154へと変化する(図6)。
With respect to the specific example assumed in the first embodiment (principle FIGS. 2 to 7) using these relational expressions, N and its sign are obtained to find the absolute distance. First, paying attention to the beat frequency spectrum f b1 48 detected in FIG.
As described above, the basic optical path length L r of the orbiting reference optical system is changed so as to be longer by ΔL r (optical path time Δτ r ) (that is, in the description of FIG. 45 changes to the circular reference light 53 related to k ′ = 2), and the frequency f b1 48 of the obtained beat signal is f ′.
It changes to b154 (FIG. 6).

【0063】それぞれの関係を式(8)に示す。 fb1=ατ. f’b1=fb1+Δfb1’. Δfb1’=−2αΔτ. (8)The respective relationships are shown in equation (8). f b1 = ατ a . f ′ b1 = f b1 + Δf b1 ′. Δf b1 ′ = −2αΔτ r . (8)

【0064】また、同様に周回参照光同士のビート周波
数変化量Δfbrは、以下のようになる。 Δfbr=αΔτ. (9)
Similarly, the amount of change Δf br in beat frequency between the circular reference lights is as follows. Δf br = αΔτ r . (9)

【0065】式(8)と(9)を式(7)に代入、整理
しNを求める。結果式(10)のようになる。 N=Δfb1’/Δfbr=(−2αΔτ)/(αΔτ)=−2. ( 10) 式(10)よりNの値と符号が判定でき、これより式
(6)(ii)から絶対距離Lが求められる。
Substituting equations (8) and (9) into equation (7) and rearranging them, N is obtained. The result is as shown in Expression (10). N = Δf b1 ′ / Δf br = (− 2αΔτ r ) / (αΔτ r ) =-2. (10) The value of N and the sign can be determined from the equation (10), and the absolute distance L a is obtained from the equation (6) (ii) from this.

【0066】さて、実際に図1の構成でビート信号を検
出した実測例を図8に示す。前述したようにfb1、f
b2、fbrの関係は式(4)の関係を示す形でそれぞ
れビート周波数スペクトラム94、95、96が出現し
ていることがわかる。よって、本発明にあるような周回
参照光を用いた原理により実際に測定レンジの拡大の効
果が期待できる。
Now, FIG. 8 shows an actual measurement example in which a beat signal is actually detected with the configuration of FIG. As described above, f b1 , f
It can be seen that the beat frequency spectra 94, 95, and 96 appear in the relationship of b2 and f br in the form of the relationship of Expression (4). Therefore, the effect of actually expanding the measurement range can be expected by the principle of using the circular reference light as in the present invention.

【0067】なお、図1の符号6a、6bは、それぞれ
反射鏡である。符号6cは参照光学部である。参照光学
部6cは、周回参照光学系68と、反射鏡6a、6bを
含んでいる。
Reference numerals 6a and 6b in FIG. 1 are reflecting mirrors. Reference numeral 6c is a reference optical unit. The reference optical unit 6c includes an orbiting reference optical system 68 and reflecting mirrors 6a and 6b.

【0068】図9は、第1実施形態の変形例を示したも
のである。本変形例では、図1に示したファブリペロー
型周回参照光学系68が、光源部61の直後に配置され
ている。図1と異なり、ビームスプリッター63aによ
りFM光62が参照光90と測定信号光91に分配され
る前に、周回参照光65が生成される。他の構成は、基
本的に図1と同様であり、以下の通りである。
FIG. 9 shows a modification of the first embodiment. In this modification, the Fabry-Perot type orbiting reference optical system 68 shown in FIG. 1 is arranged immediately after the light source unit 61. Unlike FIG. 1, the circulating reference light 65 is generated before the FM light 62 is divided into the reference light 90 and the measurement signal light 91 by the beam splitter 63a. Other configurations are basically the same as in FIG. 1 and are as follows.

【0069】図9に示す第1実施形態の変形例は、所要
の周期1/fで光の波長を可変にできる発光部60、
61と、発光部60、61から出力された出力光62に
基づいて、入力光62aを生成する入力光生成部(周回
参照光学系)68と、入力光62aを分配して参照光6
9および測定光91を生成する光分配部(ビームスプリ
ッター)63aと、測定光91が測定対象72に反射し
てなる測定反射光73と、参照光69とを合波して干渉
光74を生成する光合波部(ビームスプリッター)63
aと、干渉光74に基づいて、測定反射光73と参照光
69の周波数差fb1を、測定光周波数差fb1として
検出し、検出された測定光周波数差f に基づいて、
測定対象72に関する測定量Lを求める検出部76と
を備えている。なお、符号6dは、参照ミラーである。
[0069] Modification of the first embodiment shown in FIG. 9, the light emitting portion 60 which can the wavelength of the light variable at a required period 1 / f m,
61, an input light generation unit (circulating reference optical system) 68 that generates an input light 62a based on the output light 62 output from the light emitting units 60, 61, and the reference light 6 by dividing the input light 62a.
9 and the light distributor (beam splitter) 63a for generating the measurement light 91, the measurement reflected light 73 formed by the measurement light 91 reflected by the measurement target 72, and the reference light 69 are combined to generate the interference light 74. Optical multiplexer (beam splitter) 63
Based on a and the interference light 74, the frequency difference f b1 between the measurement reflected light 73 and the reference light 69 is detected as the measurement light frequency difference f b1 , and based on the detected measurement light frequency difference f b 1 .
And a detection unit 76 that obtains a measurement amount L a for the measurement target 72. Reference numeral 6d is a reference mirror.

【0070】入力光生成部68は、出力光62が、可変
に設定可能な距離L’、L’+ΔL’をN(N≧
2)回往復または周回した結果としての光62aを、入
力光62aとして生成可能である。反射鏡64、66間
の間隔L’を一往復する時間毎に定期的に出力される
入力光62aのうち、周回回数Nが1のものを測定光9
1とする。参照光69については、周回回数N(K)の
数を問わないのは図2と同じである。
The input light generating section 68 determines that the output light 62 has variably settable distances L r ′ and L r ′ + ΔL r ′ for N (N ≧
2) It is possible to generate the light 62a as a result of the round trip or the round trip, as the input light 62a. Of the input light 62a that is periodically output at each time of making one round trip in the interval L r 'between the reflecting mirrors 64 and 66, the input light 62a having the number of turns N of 1 is the measurement light 9
Set to 1. The reference light 69 is the same as in FIG. 2 regardless of the number of circulations N (K).

【0071】本変形例によっても、図1と同様に、測定
精度を維持しつつダイナミックレンジの広い測定を行う
ことができる。
According to this modification, as in FIG. 1, it is possible to perform measurement with a wide dynamic range while maintaining measurement accuracy.

【0072】(第2の実施形態)図10を用いて第2の
実施形態を示す。第2の実施形態と第1の実施形態との
違いは周回参照光学系の構成であり、ビート信号検出か
ら絶対距離を算出するまでの手順は第1の実施形態と同
じである。
(Second Embodiment) A second embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the second embodiment and the first embodiment is the configuration of the orbiting reference optical system, and the procedure from the beat signal detection to the absolute distance calculation is the same as in the first embodiment.

【0073】第2の実施形態の周回参照光学系はファイ
バループの形態で参照光を周回させており、周回参照光
の基本光路長Lが長くなった時、第1の実施形態の空
間型の光学系ではスペース大、アライメント難の問題が
発生するが、本実施形態ではその部分がファイバループ
の構成を有しているため、たとえ基本光路長が長くなっ
ても同じスペースで何重にもファイバを巻くことで、こ
れらの問題は発生しないという利点がある。
The orbiting reference optical system of the second embodiment orbits the reference light in the form of a fiber loop, and when the basic optical path length L r of the orbiting reference light becomes long, the spatial type of the first embodiment is used. In the optical system described above, there is a problem that the space is large and the alignment is difficult. However, in this embodiment, since that portion has a fiber loop structure, even if the basic optical path length becomes long, multiple layers are formed in the same space. Winding the fiber has the advantage that these problems do not occur.

【0074】第2の実施形態は、周回参照光学系115
以外の部分の構成・作用は第1の実施形態とほぼ同じで
あるため、重複を避ける意味でここでは周回参照光学系
115に注目し説明する。
The second embodiment is a circular reference optical system 115.
Since the configuration and operation of the other parts are almost the same as those of the first embodiment, the orbiting reference optical system 115 will be focused and described here to avoid duplication.

【0075】図10の第2の実施形態の周回参照光学系
115について説明する。周回参照光学系115の構成
は2×2光ファイバカプラ(もしくはX分岐光導波路)
109、そして周回するための光ファイバ116、その
ファイバ中に挿入される格好でN次の判定のための光路
遅延・選択器111(例えば、移動ステージ、光ファイ
バ、導波路、複屈折結晶等が挙げられるが、その他で光
路を最低2種類変化もしくは選択できる目的であるなら
ばそれも含まれる)で構成されている。
The orbiting reference optical system 115 of the second embodiment shown in FIG. 10 will be described. The orbiting reference optical system 115 has a 2 × 2 optical fiber coupler (or X-branch optical waveguide).
109, and an optical fiber 116 for circulating, and an optical path delay / selector 111 (for example, a moving stage, an optical fiber, a waveguide, a birefringent crystal, etc.) inserted in the fiber for making an Nth order determination. Other than that, if the purpose is to change or select at least two kinds of optical paths, it is also included).

【0076】まず参照光108が最終的に周回参照光1
12として出力されるために周回参照光学系115に導
入される。参照光108は2×2光ファイバカプラ10
9(分岐比x:1−x,xは任意)の入力端ポートに
入力し2×2光ファイバカプラ109の分岐比に従い、
一部はそのままポートから出力光112として、また
残りはポートから周回光110として出力される。
First, the reference light 108 is finally the circulating reference light 1
It is introduced into the orbit reference optical system 115 to be output as 12. The reference light 108 is a 2 × 2 optical fiber coupler 10.
9 (branching ratio x: 1-x, x is arbitrary) is input to the input end port, and according to the branching ratio of the 2 × 2 optical fiber coupler 109,
Part of the light is output from the port as is as output light 112, and the other is output from the port as circulating light 110.

【0077】周回光110は光路遅延・選択器111を
経て再び2×2光ファイバカプラ109の入力端ポート
に入力し、一部はそのまま出力端ポートから出力光
112として、また残りは再び出力端ポートから2周
目の周回光110として出力される。そのあとの周回光
110の振る舞いは前述の繰り返しである。これらの繰
り返しにより周回参照光学系115は、常に2×2光フ
ァイバカプラ109の出力端ポートから周回参照光1
12を出力することができる。
The circulating light 110 is input to the input end port of the 2 × 2 optical fiber coupler 109 again via the optical path delay / selector 111, part of which is output from the output end port as it is as output light 112, and the rest is output end again. It is output from the port as the circulating light 110 for the second round. The behavior of the circulating light 110 after that is the above-described repetition. By repeating these operations, the orbiting reference optical system 115 always outputs the orbiting reference light 1 from the output end port of the 2 × 2 optical fiber coupler 109.
12 can be output.

【0078】本実施形態における絶対測長に必要なN次
判定方法は第1の実施形態と同じであるために、ここで
は重複をさけるために省略する。本実施形態は周回参照
光学系をファイバを用い、それをループ状に構成するこ
とでその基本光路長が長くなってもそのループ部分を何
重にも巻き付けることで小型化に対応できる点である。
これより本実施形態は第1の実施形態の測長レンジの拡
大と同時にその光学系の小型化にも効果がある。
The N-th order determination method necessary for the absolute length measurement in this embodiment is the same as that in the first embodiment, and therefore it is omitted here to avoid duplication. This embodiment uses a fiber for the orbiting reference optical system, and by constructing it in a loop shape, even if the basic optical path length becomes long, it is possible to cope with miniaturization by winding the loop portion in multiple layers. .
As a result, the present embodiment is effective in expanding the length measurement range of the first embodiment and simultaneously reducing the size of the optical system.

【0079】なお、図10において、符号100は、1
×2ファイバ方向性結合器(カプラ)であり、101は
測定光であり、102はコリメートレンズであり、10
3は測定光であり、104はビームスプリッタであり、
105は測定対象であり、106は測定反射光であり、
107は結合レンズであり、113は干渉用1×2光フ
ァイバカプラであり、114は干渉光である。
In FIG. 10, reference numeral 100 is 1
A × 2 fiber directional coupler (coupler) 101 is a measurement light, 102 is a collimator lens, and 10
3 is a measurement light, 104 is a beam splitter,
105 is a measurement target, 106 is a measurement reflected light,
107 is a coupling lens, 113 is an interference 1 × 2 optical fiber coupler, and 114 is interference light.

【0080】(第3の実施形態)図11の(a)、
(b)を用いて第3の実施形態を説明する。本実施形態
と他の実施形態(第1および第2の実施形態)の違い
は、図11(a)および(b)のそれぞれの周回光路中
に光増幅器120、123が挿入されている点である。
これにより第1、第2の実施形態のように透過率、分岐
比による周回参照光のその光学構成上避けられない強度
減衰は、本実施形態により常に保証され、これらの制約
条件をなくすことで、周回参照光の周回数を飛躍的に拡
大、つまり更なる測長レンジの拡大が可能となる。
(Third Embodiment) FIG. 11 (a),
The third embodiment will be described with reference to (b). The difference between this embodiment and the other embodiments (first and second embodiments) is that the optical amplifiers 120 and 123 are inserted in the respective loop optical paths of FIGS. 11A and 11B. is there.
Thus, the intensity attenuation of the circular reference light due to the transmittance and the branching ratio, which is unavoidable due to its optical configuration as in the first and second embodiments, is always guaranteed by the present embodiment, and by eliminating these constraints. , It is possible to dramatically increase the number of revolutions of the orbiting reference light, that is, to further extend the measurement range.

【0081】図11(a)は第1の実施形態の周回参照
光学系を光ファイバ83に置き換え光増幅器120を付
加した場合(空間光学系のままでも半導体型光増幅器を
挿入することで同じ効果が期待できるがファイバにする
ことで更にこれらの構成が容易で小型化になる)であ
る。この作用について説明する。
FIG. 11 (a) shows a case where the orbiting reference optical system of the first embodiment is replaced with an optical fiber 83 and an optical amplifier 120 is added (the same effect can be obtained by inserting a semiconductor optical amplifier even in the spatial optical system). However, the use of fiber makes these configurations easier and more compact). This action will be described.

【0082】参照光80は高反射膜端面82と85間を
多重反射することで周回光121が発生、それが光増幅
器120により増幅され、光路遅延・選択器84を経て
端面85から増幅した周回参照光122として出力され
る。また、同図(b)は第2の実施形態の光学構成に光
増幅器123を付加した場合である。その構成において
周回参照光が得られるまでの作用は第2の実施形態と同
じであるためここではその説明を省略する。
The reference light 80 undergoes multiple reflection between the end faces 82 and 85 of the high reflection film to generate a circulating light 121, which is amplified by the optical amplifier 120, passes through the optical path delay / selector 84, and is amplified from the end face 85. It is output as the reference light 122. Further, FIG. 9B shows a case where the optical amplifier 123 is added to the optical configuration of the second embodiment. Since the operation until the circular reference light is obtained in the configuration is the same as that in the second embodiment, the description thereof is omitted here.

【0083】本実施形態の説明の中で、参照光が周回す
る動作やそのN次数を判定し、絶対距離を算出するまで
の過程は、第1および第2の実施形態で前述したのと同
じであるためその説明は省略する。本実施形態より第1
および第2の実施形態の構成では避けることができない
透過率、分岐比による周回参照光のその光学構成上避け
られない強度減衰による周回数の制限による測長レンジ
の制約は、各実施形態の周回光路長に光増幅器を挿入す
ることで常に保証され、これらの制約条件をなくすこと
で、周回参照光の周回数を飛躍的に拡大、つまり更なる
測長レンジの拡大という効果をもたらす。
In the description of this embodiment, the process of determining the orbiting operation of the reference light and its N-th order and calculating the absolute distance is the same as that described in the first and second embodiments. Therefore, the description thereof is omitted. 1st from this embodiment
Also, the limitation of the measurement range due to the limitation of the number of turns due to the intensity attenuation of the orbiting reference light that is unavoidable in the configuration of the second embodiment due to the optical configuration of the orbiting reference light due to the transmittance and the branching ratio is limited to the number of turns of each embodiment. It is always guaranteed by inserting an optical amplifier in the optical path length, and by eliminating these constraints, the number of rounds of the round reference light is dramatically increased, that is, the length measurement range is further expanded.

【0084】図10(a)において、符号80は参照光
であり、図1の符号90に相当する。図10(b)にお
いて、符号124は周回光であり、図10の符号124
に相当し、符号125は周回参照光であり、図10の符
号112に相当する。
In FIG. 10A, reference numeral 80 is reference light, which corresponds to reference numeral 90 in FIG. In FIG. 10B, reference numeral 124 is a circulating light, and reference numeral 124 in FIG.
The reference numeral 125 is the orbiting reference light and corresponds to the reference numeral 112 in FIG.

【0085】(第4の実施形態)図12(a),(b)
を用いて第4の実施形態を説明する。本実施形態が他の
第1、第2および第3の実施形態と異なる点は、N次の
判定に必要な周回光路長を可変にする機構部分である。
第1、第2および第3の実施形態のいずれの場合もこの
部分は、物理的な光路長変化のために移動ステージや長
さが異なる光路を選択できる仕組みになっている。これ
はいずれも機械的機構に依存するため、N次判定に時間
がかかり、同時に装置の大型化、周回損失を招き測長レ
ンジを制限する要因となる。
(Fourth Embodiment) FIGS. 12A and 12B.
The fourth embodiment will be described using. The present embodiment is different from the other first, second and third embodiments in the mechanical part that makes the circulating optical path length necessary for the Nth order determination variable.
In any of the first, second, and third embodiments, this part has a mechanism in which a moving stage and optical paths having different lengths can be selected due to a physical change in optical path length. Since all of these depend on the mechanical mechanism, it takes time for the Nth order determination, and at the same time, the size of the apparatus is increased and the loop loss is caused, which becomes a factor of limiting the length measurement range.

【0086】そこで本実施形態では、これらN次の判定
に必要な周回光路長の可変機構を光の複屈折効果を利用
し、光の偏光方向を変えることで光路長を変えるのと等
価な作用をする特長を有しており、周回光路中に別途、
光路遅延・選択器を挿入する必要がなくなり、結果、測
長レンジの拡大を妨げる原因を減らすことができ測長レ
ンジの拡大に、また、装置構成が簡素となり低コスト
に、また、N次判定時間の短縮に寄与する。
Therefore, in this embodiment, the variable mechanism of the circulating optical path length required for the Nth order determination is equivalent to the effect of changing the optical path length by changing the polarization direction of the light by utilizing the birefringence effect of the light. It has a feature that
As there is no need to insert an optical path delay / selector, as a result, it is possible to reduce the factors that hinder the extension of the measurement range, and to extend the measurement range, and also because the device configuration is simple and low cost, and the Nth order determination. It contributes to shortening the time.

【0087】本実施形態ではその光路長を変化させる時
の機構に他の実施形態と大きな違いがあり、光路長を変
化させた後のN次判定の方法については他の実施形態と
全く同じである。そのため本実施形態特有の事柄を除い
て、N次判定による絶対測長の方法といった説明は、こ
こでは重複するため説明を省略する。
In this embodiment, there is a big difference in the mechanism for changing the optical path length from the other embodiments, and the N-th order determination method after changing the optical path length is exactly the same as the other embodiments. is there. Therefore, except the matters peculiar to the present embodiment, the description of the method of absolute length measurement by the N-th order determination is redundant here, and the description is omitted.

【0088】本実施形態(a)の構成および作用につい
て説明する。ある直線偏光をもつ参照光80がλ/2板
131を通り、複屈折光ファイバ(偏波面保存ファイ
バ)130と両端面が高反射率ミラー膜82、85とで
形成されているファブリペロー干渉系に入力される。ま
た、ここで参照光80が円偏光であってもλ/2板13
1を偏向子に置き換えることでもよい。
The configuration and operation of this embodiment (a) will be described. A Fabry-Perot interference system in which reference light 80 having a certain linearly polarized light passes through a λ / 2 plate 131, and is formed of a birefringent optical fiber (polarization maintaining fiber) 130 and both end surfaces of high-reflectance mirror films 82 and 85. Entered in. Further, here, even if the reference light 80 is circularly polarized light, the λ / 2 plate 13
1 may be replaced with a deflector.

【0089】するとこのファイバ型ファブリペロー干渉
系を往復反射することで周回参照光132が発生し、フ
ァイバを一往復するごとに各周回ごとの参照光がファイ
バ端85から出力される。その出力光はその偏光状態に
合わせてλ/2板(または偏光子)133を通ることで
入力参照光80と同じ偏光方向の周回参照光134が出
力される。この時N次を判定する前の偏光状態(p偏光
とする)における一周回光路長はL =n
(L :p偏光からみたファイバ物理長、n:p偏
光からみたファイバ屈折率)である。
Then, the round-trip reference light 132 is generated by reciprocally reflecting the fiber type Fabry-Perot interference system, and the reference light for each round is output from the fiber end 85 every round trip of the fiber. The output light passes through the λ / 2 plate (or the polarizer) 133 according to the polarization state, and thus the circular reference light 134 having the same polarization direction as the input reference light 80 is output. One circular optical path length in the polarization state before determining this time N following (a p-polarized light) L r p = n p L r .
(L r p : physical fiber length viewed from p-polarized light, n p : fiber refractive index viewed from p-polarized light).

【0090】ビート周波数を検出しN次判定する際は入
出力側のそれぞれのλ/2板(または偏光子)131、
133を回転させ、その偏光方向を90度(直交)変化
させ、偏光状態をs偏光とする。すると、複屈折光ファ
イバ130中の複屈折効果による偏光方向の違いから生
じる複屈折率差から、あたかもファイバの物理長を変え
たのと等価の作用を起こすことができる。
When the beat frequency is detected and the Nth order is determined, each λ / 2 plate (or polarizer) 131 on the input / output side,
133 is rotated and the polarization direction is changed by 90 degrees (orthogonal), and the polarization state is changed to s-polarized light. Then, the birefringence difference in the birefringent optical fiber 130 caused by the difference in the polarization direction due to the birefringence effect can produce an effect equivalent to changing the physical length of the fiber.

【0091】つまり、ΔL=L −L =(n
−n)L.(L :s偏光からみたファイバ物理
長、n:s偏光からみたファイバ屈折率)で、具体的
にはその屈折率差(n−n)は10−2〜10−3
程度であり、それでも、もしファイバ長1mならばその
光路差は1〜10mmとなる。この程度の光路差が発生
できれば、十分にN次の判定をおこなうことができ、こ
れより絶対距離を算出することができる。
That is, ΔL r = L r p −L r s = (n p
-N s ) L r . ( Lr s : fiber physical length viewed from s-polarized light, n s : fiber refractive index viewed from s-polarized light), and specifically, the refractive index difference (n p −n s ) is 10 −2 to 10 −3.
Even if the fiber length is 1 m, the optical path difference is 1 to 10 mm. If the optical path difference of this degree can be generated, the Nth order can be sufficiently determined, and the absolute distance can be calculated from this.

【0092】同様に同図(b)の構成と作用について説
明する。構成は2×2偏波面保存ファイバカプラ143
を中心にその入出力端にはλ/2板(または偏光子)1
40、145から構成されている。参照光108、14
1がその周回参照光学系に入力、最終的に周回参照光1
44、146になるまでの過程は、第2の実施形態(図
10)で説明したのと同じであるため重複を避けるため
にここでの説明を省略する。また、N次判定に必要な偏
波面操作によって光路差を得る手法も、すでに前述した
図12(a)の説明と同じであるためにここでの説明を
省略する。なお、符号142は周回光である。
Similarly, the configuration and operation of FIG. 9B will be described. The configuration is a 2 × 2 polarization-maintaining fiber coupler 143.
Λ / 2 plate (or polarizer) 1 at the input and output ends
It is composed of 40 and 145. Reference light 108, 14
1 enters the orbiting reference optical system, and finally the orbiting reference light 1
The processes up to 44 and 146 are the same as those described in the second embodiment (FIG. 10), and therefore the description thereof is omitted here to avoid duplication. The method of obtaining the optical path difference by the polarization plane manipulation necessary for the Nth order determination is also the same as the above-described description of FIG. 12A, and therefore the description thereof is omitted here. Note that reference numeral 142 is a circulating light.

【0093】図12(b)は周回参照光の周回スタイル
が異なるが基本的にはその効果は前述したように、周回
光路中に別途、光路遅延・選択器を挿入する必要がなく
なり、結果、測長レンジの拡大を妨げる原因を減らすこ
とができ測長レンジの拡大に、また、装置構成が簡素と
なり低コストと小型化に、また、N次判定時間の短縮と
いう効果がある。
In FIG. 12B, the circulation style of the circulation reference light is different, but the effect is basically the above-mentioned, there is no need to separately insert an optical path delay / selector in the circulation optical path, and as a result, It is possible to reduce the factors that hinder the extension of the length measurement range, and to extend the length measurement range, simplify the device configuration to reduce cost and size, and shorten the Nth order determination time.

【0094】本実施形態によれば、光源のコヒーレンス
が低くても長距離まで計測範囲を拡大でき、同時にその
計測精度も維持できることから比較的安価な光源におい
ても高精度長距離測長システムを低コストで供給でき
る。
According to the present embodiment, even if the coherence of the light source is low, the measurement range can be extended to a long distance, and at the same time, the measurement accuracy can be maintained. Can be supplied at cost.

【0095】本実施形態によれば、相対的な変位量だけ
ではなく、粗計測のN次数を求めることができ、これら
を組み合わせることで同時に絶対距離をも算出すること
ができる。
According to this embodiment, not only the relative displacement amount but also the Nth order of the rough measurement can be obtained, and by combining these, the absolute distance can be calculated at the same time.

【0096】[0096]

【発明の効果】本発明の光周波数領域反射測定装置によ
れば、任意の光源特有のコヒーレンスに制限されること
なく測定範囲の拡大ができ、同時にこれまでの測定範囲
の拡大にともなう測定精度の劣化を解消し、測定範囲が
拡大しても測定精度が悪くならない。
According to the optical frequency domain reflectometry apparatus of the present invention, the measurement range can be expanded without being limited by the coherence peculiar to any light source, and at the same time, the measurement accuracy can be improved with the expansion of the measurement range up to now. Even if the deterioration is eliminated and the measurement range is expanded, the measurement accuracy does not deteriorate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明の光周波数領域反射測定装置の
第1の実施形態の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an optical frequency domain reflectometry device of the present invention.

【図2】図2は、第1実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、光周波数掃引の時間
変化を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change over time in optical frequency sweep regarding the principle of detecting a beat signal by the orbiting reference light in the first embodiment.

【図3】図3は、第1実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、ビート周波数スペク
トラムを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a beat frequency spectrum regarding a principle of detecting a beat signal by the orbiting reference light in the first embodiment.

【図4】図4は、第1実施形態において、周回参照光に
よるビート信号の検出原理に関し、測定距離Lに伴うビ
ート周波数値の軌跡を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a locus of beat frequency values according to a measurement distance L, regarding the principle of detecting a beat signal by the orbiting reference light in the first embodiment.

【図5】図5は、第1実施形態において、周回数Nの判
定方法に関し、周回光路長変化に伴う光周波数掃引の時
間変化を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a change over time in optical frequency sweeping with a change in a circulating optical path length in a method of determining the number of rounds N in the first embodiment.

【図6】図6は、第1実施形態において、周回数Nの判
定方法に関し、周回光路長変化に伴うビート周波数スペ
クトラムの変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a change in a beat frequency spectrum associated with a change in a circulating optical path length in a method of determining the number of rounds N in the first embodiment.

【図7】図7は、第1実施形態において、周回数Nの判
定方法に関し、周回光路差ΔL 変化によるビート周波
数値の軌跡を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the determination of the number of laps N in the first embodiment.
Circulating optical path difference ΔL rBeat frequency due to change
It is a figure which shows the locus | trajectory of a numerical value.

【図8】図8は、第1実施形態において、周回参照光に
よるビート周波数スペクトラムの実測例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing an example of actual measurement of a beat frequency spectrum by the circular reference light in the first embodiment.

【図9】図9は、第1の実施形態の変形例の構成を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a modified example of the first embodiment.

【図10】図10は、第2の実施形態の構成を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment.

【図11】図11は、第3実施形態の要部構成を示し、
(a)は第1実施形態に適用した図、(b)は第2実施
形態に適用した図である。
FIG. 11 is a diagram showing a main part configuration of a third embodiment,
(A) is a figure applied to 1st Embodiment, (b) is a figure applied to 2nd Embodiment.

【図12】図12は、第4実施形態の要部構成を示し、
(a)は第1実施形態に適用した図、(b)は第2実施
形態に適用した図である。
FIG. 12 shows a main part configuration of a fourth embodiment,
(A) is a figure applied to 1st Embodiment, (b) is a figure applied to 2nd Embodiment.

【図13】図13は、従来一般の光周波数領域反射測定
装置の構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a conventional general optical frequency domain reflectometry device.

【図14】図14は、図13の装置におけるビート信号
検出原理に関し、(a)は光FM波変化を示し(b)は
ビート周波数変化を示し、(c)はビート信号強度波形
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a beat signal detection principle in the apparatus of FIG. 13, (a) shows a change in optical FM wave, (b) shows a change in beat frequency, and (c) shows a beat signal intensity waveform. Is.

【図15】図15は、図13の装置におけるビート信号
検出原理に関し、ビート周波数成分を示す図である。
15 is a diagram showing beat frequency components regarding the beat signal detection principle in the apparatus of FIG. 13;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 発振器 2 半導体レーザ 3 光FM出力 4 ビームスプリッタ 5 参照光 6 参照ミラー 6a 反射鏡 6b 反射鏡 6c 参照光学部 6d 参照ミラー 7 物体光 8 測定対象 9 干渉光 10 光検出器 11 A/D変換器 12 演算装置 40 隣り合う周回参照光同士の干渉ビート周波数f
br 41 k=2周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数fb1 42 k=2周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数fb2 43 測定反射光 44 k=N周目の周回参照光 45 k=2周目の周回参照光 46 k=3周目の周回参照光 47 隣り合う周回参照光同士の干渉ビート周波数スペ
クトラム 48 k=2周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数スペクトラム 49 k=3周目の周回参照光と測定反射光とのビート
周波数スペクトラム 50 0≦fb1≦fbr/2範囲のビート周波数f
b1と絶対距離との関係 53 周回光路差変化後の2周目の周回参照光 54 周回光路差変化後の2周目参照光と測定信号光と
のビート周波数スペクトラム 59 光アイソレータ 60 光周波数変調制御部 61 光源 62 光FM出力 63 ビームスプリッタ 63a ビームスプリッタ 64 反射鏡1 65 周回光 66 反射鏡2 67 移動ステージ 68 ファブリペロー型周回参照光学系 69 周回参照光 70 ビームスプリッタ 71 測定信号光 72 測定対象 73 測定反射光 74 干渉光 75 受光器 76 信号処理部 80 参照光 82 入力側高反射膜端面 83 光ファイバ 84 光路遅延・選択器 85 出力側高反射膜端面 94 実測例におけるfb1のビート周波数スペクトラ
ム 95 実測例におけるfb2のビート周波数スペクトラ
ム 96 実測例におけるfbrのビート周波数スペクトラ
ム 100 1×2ファイバ方向性結合器(カプラ) 101 測定光出力 102 コリメートレンズ 103 測定光 104 ビームスプリッタ 105 測定対象 106 測定反射光 107 結合レンズ 108 参照光出力 109 2×2光ファイバカプラ 110 周回光 111 光路遅延・選択器 112 周回参照光 113 干渉用1×2光ファイバカプラ 114 干渉光 115 周回参照光学系 116 光ファイバ 116a 光ファイバの入力部 116b 光ファイバの出力部 120 光増幅器 121 ファイバファブリペロー干渉系内の周回光 122 周回参照光 123 光増幅器 124 周回光 125 周回参照光 130 偏波面保存ファイバ 131 入力側の偏光素子 132 ファイバファブリペロー干渉系内の周回光 133 出力側の偏光素子 134 周回参照光 140 入力側の偏光素子 141 参照光 142 周回光 143 2×2偏波面保存光ファイバカプラ 144 周回参照光出力 145 出力側の偏光素子 146 偏波面が調整された周回参照光
1 oscillator 2 Semiconductor laser 3 optical FM output 4 beam splitter 5 Reference light 6 reference mirror 6a reflector 6b reflector 6c Reference optical unit 6d reference mirror 7 Object light 8 measurement target 9 Interference light 10 Photodetector 11 A / D converter 12 arithmetic unit 40 Interference beat frequency f between adjacent circular reference lights
br 41 k = beat between the orbiting reference light and the measurement reflected light on the second lap
Frequency fb1 42 k = beat of the reference light and the reflected light on the second orbit
Frequency fb2 43 Measured reflected light 44 k = Orbiting reference light on the Nth lap 45 k = Orbiting reference light on the second lap 46 k = Orbiting reference light on the 3rd lap 47 Interference beat frequency spectrum between adjacent orbiting reference beams
Tram 48 k = beat between the reference light and the reflected light on the second orbit
Frequency spectrum 49 k = beat between the orbiting reference light and the measured reflected light on the third lap
Frequency spectrum 500 ≦ fb1≤ fbr/ 2 range beat frequency f
b1Relationship with absolute distance 53 Orbiting reference light on the 2nd orbit after the change of optical path difference 54 Reference light and measurement signal light for the second round after the change of the optical path difference
Beat frequency spectrum 59 Optical Isolator 60 Optical frequency modulation controller 61 light source 62 optical FM output 63 beam splitter 63a Beam splitter 64 Reflector 1 65 Orbiting light 66 Reflector 2 67 Moving stage 68 Fabry-Perot type orbiting reference optical system 69 orbit reference light 70 Beam splitter 71 Measurement signal light 72 measurement target 73 Measured reflected light 74 Interfering light 75 Light receiver 76 Signal processing unit 80 reference light 82 Input side high reflection film end face 83 optical fiber 84 Optical Path Delay / Selector 85 Output side high reflection film end face 94 f in actual measurement exampleb1Beat frequency spectrum
Mu 95 f in actual measurement exampleb2Beat frequency spectrum
Mu 96 f in actual measurement examplebrBeat frequency spectrum
Mu 100 1 × 2 fiber directional coupler (coupler) 101 Measuring light output 102 collimating lens 103 measuring light 104 beam splitter 105 measurement target 106 Measurement reflected light 107 coupling lens 108 Reference light output 109 2 × 2 optical fiber coupler 110 orbiting light 111 Optical path delay / selector 112 orbit reference light 113 1 × 2 optical fiber coupler for interference 114 interference light 115 Orbiting reference optical system 116 optical fiber 116a Input part of optical fiber 116b Output part of optical fiber 120 optical amplifier 121 Circulating light in fiber Fabry-Perot interferometer 122 Orbiting reference light 123 Optical amplifier 124 Orbiting light 125 orbit reference light 130 Polarization maintaining fiber 131 Input side polarizing element 132 Orbiting light in fiber Fabry-Perot interferometer 133 Output side polarizing element 134 orbit reference light 140 Polarizer on input side 141 reference light 142 Orbiting light 143 2 × 2 polarization-maintaining optical fiber coupler 144 orbit reference light output 145 Polarizer on output side 146 Orbiting reference light whose polarization plane is adjusted

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 G01B 9/02 G01S 17/32 G01M 11/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00 G01B 9/02 G01S 17/32 G01M 11/00

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所要の周期で光の波長を可変にできる発
光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第1参照光およ
び測定光を生成する光分配部と、 前記第1参照光に基づいて、第2参照光を生成する参照
光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、前
記第2参照光とを合波して干渉光を生成する光合波部
と、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第2参照
光の周波数差を、測定光周波数差として検出し、前記検
出された測定光周波数差に基づいて、前記測定対象に関
する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、前記第1参照光が、可変に設定可能
な距離をN(N≧2)回往復または周回した結果として
の光を、前記第2参照光として生成可能である光周波数
領域反射測定装置。
1. A light emitting unit capable of varying the wavelength of light in a required cycle; a light distributing unit that distributes light output from the light emitting unit to generate first reference light and measurement light; A reference optical unit that generates a second reference light based on the reference light, a measurement reflected light obtained by reflecting the measurement light on a measurement target, and the second reference light are combined to generate an interference light. An optical multiplexer and, based on the interference light, a frequency difference between the measurement reflected light and the second reference light is detected as a measurement light frequency difference, and the measurement target is based on the detected measurement light frequency difference. A detection unit that obtains a measurement amount regarding the reference optical unit, wherein the reference optical unit outputs the light as a result of the first reference light reciprocating or circling a variably settable distance N (N ≧ 2) times. 2. An optical frequency domain reflectometer capable of generating as reference light.
【請求項2】 請求項1記載の光周波数領域反射測定装
置において、 前記検出部は、 前記測定対象に関する測定量を、粗の部分と、微の部分
とを足し合わせて求め、 前記微の部分を、第1の前記距離に対応する前記測定光
周波数差を示す第1データに基づいて算出し、 前記粗の部分を、第2から第5のデータに基づいて算出
し、 前記第2データは前記第1の距離を示し、 前記第3データは前記第1の距離に対応する前記測定光
周波数差と前記第1の距離とは異なる第2の前記距離に
対応する前記測定光周波数差の変化した量を示し、 前記第4データは前記変化の方向を示し、 前記第5データは第1距離に係る参照光周波数差と第2
距離に係る参照光周波数差の変化量を示し、 前記第1距離に係る参照光周波数差は、前記第1参照光
が前記第1の距離をk(k≧0)回往復または周回した
結果としてのkに係る前記第2参照光と、前記第1参照
光が前記第1の距離を前記k+1回往復または周回した
結果としてのk+1に係る前記第2参照光の周波数差で
あり、 前記第2距離に係る参照光周波数差は、前記第1参照光
が前記第2の距離を前記k回往復または周回した結果と
してのkに係る前記第2参照光と、前記第1参照光が前
記第2の距離を前記k+1回往復または周回した結果と
してのk+1に係る前記第2参照光の周波数差である光
周波数領域反射測定装置。
2. The optical frequency domain reflectometry device according to claim 1, wherein the detection unit obtains a measurement amount of the measurement target by adding a rough portion and a fine portion, and the fine portion. Is calculated based on first data indicating the measured light frequency difference corresponding to a first distance, the rough portion is calculated based on second to fifth data, and the second data is A change in the measurement optical frequency difference corresponding to the second distance different from the first distance and the measurement optical frequency difference corresponding to the first distance, the third data indicating the first distance. The fourth data indicates the direction of the change, and the fifth data indicates the reference light frequency difference and the second distance according to the first distance.
The change amount of the reference light frequency difference related to the distance is indicated, and the reference light frequency difference related to the first distance is obtained as a result of the first reference light reciprocating or circling the first distance k (k ≧ 0) times. Is the frequency difference between the second reference light associated with k and the second reference light associated with k + 1 as a result of the first reference light reciprocating or orbiting the first distance k + 1 times; The reference light frequency difference related to the distance is the second reference light related to k as a result of the first reference light reciprocating or orbiting the second distance k times, and the first reference light is the second reference light. The optical frequency domain reflectometry device which is the frequency difference of the second reference light with respect to k + 1 as a result of reciprocating or orbiting the distance of k + 1 times.
【請求項3】 所要の周期で光の波長を可変にできる発
光部と、 前記発光部から出力された出力光に基づいて、入力光を
生成する入力光生成部と、 前記入力光を分配して参照光および測定光を生成する光
分配部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、前
記参照光とを合波して干渉光を生成する光合波部と、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記参照光の
周波数差を、測定光周波数差として検出し、前記検出さ
れた測定光周波数差に基づいて、前記測定対象に関する
測定量を求める検出部とを備え、 前記入力光生成部は、前記出力光が、可変に設定可能な
距離をN(N≧2)回往復または周回した結果としての
光を、前記入力光として生成可能である光周波数領域反
射測定装置。
3. A light emitting section capable of changing the wavelength of light at a required cycle, an input light generating section for generating input light based on the output light output from the light emitting section, and distributing the input light. A light distributor for generating reference light and measurement light, a measurement reflection light in which the measurement light is reflected on a measurement target, and a light multiplexer for generating interference light by multiplexing the reference light, Based on the interference light, the frequency difference between the measurement reflected light and the reference light is detected as a measurement light frequency difference, based on the detected measurement light frequency difference, the detection unit for determining the measurement amount for the measurement object, The input light generation unit is capable of generating, as the input light, a light as a result of the output light reciprocating or circling a variably settable distance N (N ≧ 2) times. Reflection measuring device.
【請求項4】 設定された周期でその周波数が変化する
光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第1参照光およ
び測定光を生成する第1ビームスプリッタと、 前記第1参照光に基づいて、第2参照光を生成する参照
光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
2参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第2ビーム
スプリッタと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第2参照
光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、第1および第2の反射鏡と、前記第
1および第2の反射鏡の間である反射鏡間隔を可変にす
る間隔可変部を有し、 前記第1の反射鏡は、前記第1参照光を透過入力し、 前記第1および第2の反射鏡のそれぞれは、互いに協働
して前記第1参照光を前記第1および第2の反射鏡の間
で複数回反射させて、前記反射鏡間隔を複数回周回また
は往復する周回光を生成し、 前記第2の反射鏡は、前記周回光が前記反射鏡間隔を1
回周回または往復する毎に、前記周回光を一部透過させ
てなる前記第2参照光を出力する光周波数領域反射測定
装置。
4. A light emitting section that outputs light whose frequency changes at a set cycle, and a first beam splitter that distributes the light output from the light emitting section to generate first reference light and measurement light. A reference optical unit that generates a second reference light based on the first reference light, a measurement reflected light obtained by reflecting the measurement light on a measurement target, and a second reference light are overlapped to generate interference light. A second beam splitter to generate, a detection unit that detects a frequency difference between the measurement reflected light and the second reference light based on the interference light, and determines a measurement amount regarding the measurement target based on the frequency difference, Wherein the reference optical unit has a first and second reflecting mirror, and an interval changing unit that changes a reflecting mirror interval between the first and second reflecting mirrors, The reflecting mirror transmits and inputs the first reference light, And the second reflecting mirror cooperate with each other to reflect the first reference light a plurality of times between the first and second reflecting mirrors, and circulate or reciprocate the reflecting mirror interval a plurality of times. Circulating light is generated, and the second reflecting mirror causes the circulating light to have an interval of the reflecting mirror of 1
An optical frequency domain reflectometry device that outputs the second reference light that partially transmits the orbiting light every time the light orbits or turns.
【請求項5】 設定された周期でその周波数が変化する
光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第1参照光およ
び測定光を生成する第1光ファイバカプラと、 前記第1参照光に基づいて、第2参照光を生成する参照
光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
2参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第2光ファ
イバカプラと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第2参照
光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、 第1および第2の入力ポートおよび第1および第2の出
力ポートを有する第3光ファイバカプラと、 入力部および出力部を有し、前記入力部が前記第3光フ
ァイバカプラの前記第2の出力ポートに接続され、前記
出力部が前記第3光ファイバカプラの前記第2の出力ポ
ートに接続される光ファイバと、 前記光ファイバにおける前記入出力部の途中に設けられ
前記入出力部間の光路長を可変にする光路可変部とを有
し、 前記光ファイバは、前記入出力部間を複数回周回する周
回光を生成し、 前記第3光ファイバカプラは、 前記第1の入力ポートから入力した前記第1参照光を分
岐させて第1および第2の分岐光を生成し、前記第1の
分岐光を前記第1の出力ポートから前記第2参照光とし
て出力し、前記第2の分岐光を前記第2の出力ポートか
ら前記光ファイバに第n(n≧1)回目の前記周回光と
して出力し、 前記第2の入力ポートから入力した前記第n回目の周回
光を分岐させて第3および第4の分岐光を生成し、前記
第3の分岐光を前記第1の出力ポートから前記第2参照
光として出力し、前記第4の分岐光を前記第2の出力ポ
ートから前記光ファイバに第n+1回目の前記周回光と
して出力し、 前記第2の入力ポートから前記第n+1回目の前記周回
光を前記第n回目の周回光として入力する光周波数領域
反射測定装置。
5. A light emitting unit that outputs light whose frequency changes at a set cycle, and a first optical fiber coupler that distributes the light output from the light emitting unit to generate a first reference light and a measurement light. A reference optical section that generates a second reference light based on the first reference light; a measurement reflected light obtained by reflecting the measurement light on a measurement target; Detecting a frequency difference between the measurement reflected light and the second reference light based on the interference light, and obtaining a measurement amount related to the measurement target based on the frequency difference. And a third optical fiber coupler having first and second input ports and first and second output ports, and an input unit and an output unit. The third of the third optical fiber couplers An optical fiber connected to an output port of the optical fiber, the output section being connected to the second output port of the third optical fiber coupler, and an input / output section provided in the middle of the input / output section of the optical fiber. And an optical path changing unit that changes the optical path length of the optical fiber, the optical fiber generates circular light that circulates a plurality of times between the input and output units, and the third optical fiber coupler includes the first input port. The first reference light inputted from the first reference light is generated to generate first and second branched lights, the first branched light is output from the first output port as the second reference light, and the second reference light is output. Is output from the second output port to the optical fiber as the nth (n ≧ 1) th circulating light, and the nth circulating light input from the second input port is branched. To generate third and fourth split lights, The third branched light is output from the first output port as the second reference light, and the fourth branched light is output from the second output port to the optical fiber as the (n + 1) th circulating light. An optical frequency domain reflectometry device for inputting the (n + 1) th orbiting light as the nth orbiting light from the second input port.
【請求項6】 請求項4または5に記載の光周波数領域
反射測定装置において、 更に、 前記周回光の強度を増幅する光増幅器を有している光周
波数領域反射測定装置。
6. The optical frequency domain reflectometry device according to claim 4 or 5, further comprising an optical amplifier for amplifying the intensity of the circulating light.
【請求項7】 設定された周期でその周波数が変化する
光を出力する発光部と、 前記発光部から出力された光を分配して第1参照光およ
び測定光を生成する第1ビームスプリッタと、 前記第1参照光に基づいて、第2参照光を生成する参照
光学部と、 前記測定光が測定対象に反射してなる測定反射光と、第
2参照光とを重ね合わせて干渉光を生成する第2ビーム
スプリッタと、 前記干渉光に基づいて、前記測定反射光と前記第2参照
光の周波数差を検出し、前記周波数差に基づいて、前記
測定対象に関する測定量を求める検出部とを備え、 前記参照光学部は、 第1および第2の反射膜面と、 前記第1および第2の反射膜面の間に設けられた複屈折
光ファイバと、 前記第1の反射膜面の前段および前記第2の反射膜面の
後段に設けられ、前記複屈折光ファイバに入出力する光
の偏光方向を決定する第1および第2の偏光部と、 前記第1および第2の偏光部を回転させて、前記第1お
よび第2の偏光部により決定される前記偏光方向を変化
させる回転部とを有し、 前記第1の反射膜面は、前記第1の偏光部を介して前記
第1参照光を透過入力し、 前記第1および第2の反射膜面のそれぞれは、互いに協
働して前記第1参照光を前記第1および第2の反射膜面
の間を複数回反射させて、前記第1および第2の反射膜
面の間を複数回周回または往復する周回光を生成し、 前記第2の反射膜面は、前記周回光が前記第1および第
2の反射膜面の間を1回周回または往復する毎に、前記
周回光を一部透過させ、前記第2の偏光部を通過してな
る前記第2参照光を出力する光周波数領域反射測定装
置。
7. A light emitting section that outputs light whose frequency changes at a set cycle, and a first beam splitter that distributes the light output from the light emitting section to generate first reference light and measurement light. A reference optical unit that generates a second reference light based on the first reference light, a measurement reflected light obtained by reflecting the measurement light on a measurement target, and a second reference light are overlapped to generate interference light. A second beam splitter to generate, a detection unit that detects a frequency difference between the measurement reflected light and the second reference light based on the interference light, and determines a measurement amount regarding the measurement target based on the frequency difference, The reference optical unit includes first and second reflective film surfaces, a birefringent optical fiber provided between the first and second reflective film surfaces, and a first reflective film surface of the birefringent optical fiber. It is provided in the front stage and the rear stage of the second reflective film surface, First and second polarizing sections that determine the polarization directions of light input to and output from the birefringent optical fiber, and the first and second polarizing sections are rotated and determined by the first and second polarizing sections. And a rotation unit that changes the polarization direction, the first reflection film surface transmits and inputs the first reference light through the first polarization unit, and the first and second Each of the reflective film surfaces cooperates with each other to reflect the first reference light a plurality of times between the first and second reflective film surfaces, and thereby between the first and second reflective film surfaces. It generates orbiting light that makes multiple turns or reciprocates, and the second reflecting film surface causes the orbiting light to rotate each time the orbiting light makes one revolution or reciprocation between the first and second reflecting film faces. Frequency domain reflection that partially transmits light and outputs the second reference light that has passed through the second polarization section. Constant apparatus.
【請求項8】(a) 設定された時間間隔でその周波数
が変化する光を、入力光として提供する事と、 (b) 周回部分を含み、且つ、基端点から端点まで
1の光路を提供する事と、 (c) 前記基端点から測定対象を介して前記終端点ま
での第2の光路を提供する事と、 (d) 前記入力光を前記基端点において分岐して前記
第1の光路及び前記第2の光路に出力する事と、 (e) 前記第1の光路に出力された光を、前記周回部
分においてそれぞれ0〜N回往復または周回させること
によって複数の周回参照光を発生し、前記複数の周回参
照光からなる参照光を前記終端点に提供する事と、 (f) 前記第2の光路に出力された光を前記測定対象
によって反射させることによって測定光を生成し、前記
測定光を前記終端点に提供する事と、(g) 前記終端点において前記参照光と前記測定光と
を合波して干渉光を生成する事と、 (h) 前記干渉光の ビート周波数検出する事と、(i) 前記ビート周波数に基づいて、前記測定対象
関する測定量を求める事を備えてな光周波数領域反
射測定方法。
8. A (a) light whose frequency change at a set time interval, and to provide as an input light, (b) comprises a revolving portion, and the first from the proximal end point to a final end point and to provide an optical path, and to provide a second optical path to the end point through the measurement object from the (c) the group endpoints, the branched at the base end points the input light (d)
Outputting to the first optical path and the second optical path, and (e) the light output to the first optical path,
Reciprocating or circling 0 to N times each minute
Generates a plurality of orbiting reference beams, and
Providing a reference light composed of illumination light to the terminal point, and (f) measuring the light output to the second optical path as the measurement target.
Generating measurement light by reflecting the measurement light and providing the measurement light to the terminal point, and (g) the reference light and the measurement light at the terminal point.
To generate an interference light; (h) to detect a beat frequency of the interference light; and (i) to measure a measurement amount related to the measurement target based on the beat frequency. and Ru optical frequency domain reflectometry method name comprises a seeking.
【請求項9】 請求項8記載の光周波数領域反射測定方
法において、 前記(h)では、前記複数の周回参照光のうち、それが
伝播する光路長が前記測定光と最も近い周回参照光光と
前記測定光の周波数差前記ビート周波数として検出
される光周波数領域反射測定方法。
9. The optical frequency domain reflectometry method of claim 8, wherein in the (h), among the plurality of orbiting reference light closest circulating reference light optical path length between the measurement light which it propagates detection frequency difference between the light and <br/> the measurement light as the beat frequency
Optical frequency domain reflectometry methods.
【請求項10】 請求項9記載の光周波数領域反射測定
方法において、前記複数の周回参照光は、 第2の設定された時間間隔で
生成されるとともに、それらが伝播する光路同士の光路
長差が互いに同じとなるように生成される光周波数領域
反射測定方法。
10. The optical frequency domain reflectometry method according to claim 9, wherein the plurality of orbiting reference lights are generated at a second set time interval, and the optical path length differences between the optical paths through which they are propagated. A method for measuring optical frequency domain reflectivity that is generated so that the two are the same.
【請求項11】(m) 設定された時間間隔でその周波
数が変化する光を、第1入力光として提供する事と、 (n) 周回部分を含み、且つ、基端点から端点まで
1の光路を提供する事と、 (o) 前記基端点から測定対象を介して前記終端点ま
での第2の光路を提供する事と、 (p) 前記第1入力光を前記基端点において分岐して
前記第1の光路及び前記第2の光 路に出力する事と、 (q) 前記(p)において前記第1の光路に出力され
た光を、前記周回部分においてそれぞれ0〜N回往復ま
たは周回させることによって複数の第1周回参照光を発
生し、前記複数の第1周回参照光からなる第1参照光を
前記終端点に提供する事と、(r) 前記第2の光路に出力された光を前記測定対象
によって反射させることによって第1測定光を生成し、
前記第1測定光を前記終端点に 提供する事と、(s) 前記終端点において前記第1参照光と前記第1
測定光とを合波して第1干渉光を生成する事と、 (t) 前記第1干渉光から第1の ビート周波数検出
する事と、(u) 前記周回部分の光路長を変更する事と、 (v) 前記周回部分の光路長が変更された後、前記時
間間隔でその周波数が変化する光を、第2入力光として
提供する事と、 (w) 前記第2入力光を前記基端点において分岐して
前記第1の光路及び前記第2の光路に出力 する事と、(x) 前記(w)において前記第1の光路に出力され
た光を、前記周回部分においてそれぞれ0〜N回往復ま
たは周回させることによって複数の第2周回参照光を発
生し、前記複数の第2周回参照光からなる第2参照光を
前記終端点に提供する事と、 (y) 前記(w)において前記第2の光路に出力され
た光を前記測定対象によって反射させることによって第
2測定光を生成し、前記第2測定光を前記終端点に提供
する事と、 (z) 前記終端点において前記第2参照光と前記第2
測定光とを合波して第2干渉光を生成する事と、 (aa) 前記第2干渉光から第2の ビート周波数
出する事と、(ab) 前記第1および第2のビート周波数に基づい
て、前記測定対象に関する測定量を求める事とを備えた
光周波数領域反射測定方法。
11. A (m) light whose frequency change at a set time interval, and to provide as a first input light, wherein the (n) winding portions, and, first from the base end point to a final end point 1) to provide a second optical path from the base end point to the terminal point via a measurement target , and (p) split the first input light at the base point . do it
Outputting to the first optical path and the second optical path, and (q) outputting to the first optical path in (p).
Light is reciprocated 0 to N times in the orbiting portion.
Or a plurality of first orbiting reference beams
To generate a first reference light composed of the plurality of first orbiting reference lights.
And to provide to the end point, (r) the second of the measurement target light output to the optical path
Generate a first measurement light by reflecting
Providing the first measurement light to the termination point, and (s) at the termination point, the first reference light and the first reference light.
Generating a first interference light by combining the measurement beam, and detect a first beat frequency from (t) said first interference light, for changing the optical path length of (u) the winding portions things and, (v) after the optical path length of the winding portions is changed, the time
Light whose frequency changes at intervals is used as the second input light
And (w) splitting the second input light at the base end point.
Outputting to the first optical path and the second optical path, and (x) outputting to the first optical path in (w).
Light is reciprocated 0 to N times in the orbiting portion.
Or two orbiting reference lights
The second reference light composed of the plurality of second orbiting reference lights.
And (y) is output to the second optical path in (w).
Reflected light by the measuring object
2 measuring light is generated and the second measuring light is provided to the terminal point.
To that and, (z) at the end point and the second reference beam and the second
Generating a second interference light by combining the measurement light, and possible to leave <br/> detects the second beat frequency from (aa) the second interference light, (ab) the first and based on the second beat frequency, <br/> optical frequency domain reflectometry method in which a possible to find the measured quantity relating to the measurement target.
【請求項12】 請求項11に記載の光周波数領域反射
測定方法において、 前記測定量は、前記測定対象の絶対距離である光周波数
領域反射測定方法。
12. The optical frequency domain reflection according to claim 11.
In the measurement method, the measurement amount is an optical frequency that is an absolute distance of the measurement target.
Area reflection measurement method.
【請求項13】 請求項11に記載の光周波数領域反射
測定方法において、前記複数の第1周回参照光は、前記複数の第1周回参照
光が伝播する光路同士の光路長差が互いに同じとなるよ
うに生成され、 前記第1のビート周波数は、前記複数の第1周回参照光
のうち、それが伝播する光路長が前記第1測定光が伝播
する光路長と最も近い周回参照光と、前記第1測定光と
の周波数差として検出され、 前記第2のビート周波数は、前記複数の第2周回参照光
のうち、それが伝播する光路長が前記第2測定光が伝播
する光路長と最も近い周回参照光と、前記第2測定光と
の周波数差として検出され、 前記(m)において、前記周回部分の光路長は、前記第
1のビート周波数の算出に使用された前記第1周回参照
光が伝播する光路長と、前記第2のビート周波数の算出
に使用された前記第2周回参照光が伝播する光路長との
光路長差が、前記複数の第1周回参照光が伝播する光路
同士の光路長差を超えないように変更される 光周波数領
域反射測定方法。
13. The optical frequency domain reflectometry method according to claim 11 , wherein the plurality of first orbiting reference lights are the first orbiting reference beams.
The optical path length differences between the light paths that propagate light are the same.
And the first beat frequency is generated by the plurality of first orbiting reference lights.
Of the optical path length of the first measurement light
The orbiting reference light closest to the optical path length and the first measurement light
Is detected as a frequency difference between the second beat frequency and the second beat frequency.
Of the optical path length through which the second measurement light propagates
The orbiting reference light closest to the optical path length, and the second measurement light
Is detected as the frequency difference of, and in (m), the optical path length of the circulating portion is
The first orbit reference used to calculate the beat frequency of 1
Calculation of optical path length through which light propagates and the second beat frequency
And the optical path length of the second orbiting reference light used for
The optical path difference is the optical path through which the plurality of first orbiting reference lights propagate.
An optical frequency domain reflectometry method that is modified so that the optical path length difference between them is not exceeded .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103792540A (en) * 2012-10-31 2014-05-14 波音公司 Modulated laser range finder and method

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6856400B1 (en) 2000-12-14 2005-02-15 Luna Technologies Apparatus and method for the complete characterization of optical devices including loss, birefringence and dispersion effects
JP4810693B2 (en) * 2007-02-09 2011-11-09 富士フイルム株式会社 Lightwave interference measurement device
JP5148420B2 (en) * 2008-09-05 2013-02-20 アンリツ株式会社 Optical fiber testing equipment
EP2730947A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-14 Technische Universität Hamburg-Harburg Lidar measuring system and lidar measuring process
CN107567592B (en) * 2015-04-07 2021-07-16 闪光股份有限公司 Small laser radar system
US10156473B2 (en) * 2015-09-02 2018-12-18 The Boeing Company Remote target identification using laser Doppler vibrometry
WO2017081808A1 (en) * 2015-11-13 2017-05-18 株式会社日立製作所 Measurement method and device
EP3627184B1 (en) * 2017-06-20 2021-12-15 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device and frequency modulation control method
JP7331373B2 (en) * 2019-02-12 2023-08-23 日本電信電話株式会社 Optical frequency reflection measurement device and its measurement method
JP7233302B2 (en) * 2019-05-29 2023-03-06 株式会社ミツトヨ Measuring device and method
JP2021184067A (en) * 2020-05-22 2021-12-02 株式会社Screenホールディングス Optical scanner, object recognition device and optical scanning method
WO2022215152A1 (en) * 2021-04-06 2022-10-13 三菱電機株式会社 Optical measurement device
JPWO2023026920A1 (en) * 2021-08-26 2023-03-02
WO2024075266A1 (en) * 2022-10-07 2024-04-11 三菱電機株式会社 Optical measurement device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01219583A (en) * 1988-02-26 1989-09-01 Daikin Ind Ltd Distance measuring instrument
JP2725434B2 (en) * 1990-03-30 1998-03-11 横河電機株式会社 Absolute length measuring method and absolute length measuring device using FM heterodyne method
JP2895693B2 (en) * 1992-12-04 1999-05-24 シャープ株式会社 Laser distance measuring device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103792540A (en) * 2012-10-31 2014-05-14 波音公司 Modulated laser range finder and method
US9335415B2 (en) 2012-10-31 2016-05-10 The Boeing Company Modulated laser range finder and method

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