JP6729737B1 - Optical coherent sensor - Google Patents

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Abstract

【課題】アクティブノイズキャンセラーの技術を用いることで、連続光光源の位相雑音を除去可能にする。【解決手段】干渉信号生成部と、位相変動信号生成部と、信号処理部とを備えて構成される。干渉信号生成部は、連続光を生成し、連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、参照光を第1の参照光及び第2の参照光に2分岐し、及び、プローブ光が測定対象物で散乱した散乱光と、第1の参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成する。位相変動信号生成部は、第2の参照光の位相変動を示す位相変動信号を生成する。信号処理部は、干渉信号と、位相変動信号から、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて連続光の位相雑音を相殺することにより、散乱光の位相変化を検出する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To remove phase noise of a continuous light source by using an active noise canceller technology. An interference signal generation unit, a phase fluctuation signal generation unit, and a signal processing unit are configured. The interference signal generation unit generates continuous light, splits the continuous light into two beams, a probe light and a reference light, splits the reference light into a first reference light and a second reference light, and measures the probe light. An interference signal is generated by coherently detecting the scattered light scattered by the object and the first reference light. The phase fluctuation signal generation unit generates a phase fluctuation signal indicating the phase fluctuation of the second reference light. The signal processing unit detects the phase change of the scattered light by canceling the phase noise of the continuous light from the interference signal and the phase fluctuation signal using the active noise canceller technique. [Selection diagram] Figure 1

Description

この発明は、光コヒーレントセンサに関する。 The present invention relates to an optical coherent sensor.

光通信や光センシングで用いられるレーザーには、位相雑音が重畳されている。 Phase noise is superimposed on lasers used in optical communication and optical sensing.

例えば、位相変調信号を用いる光コヒーレント通信の場合、信号光と局発光の位相雑音の大きさに比例して復調性能が悪化する。このため、レーザー光源として、低位相雑音の光源を用いることが望ましい。 For example, in the case of optical coherent communication using a phase modulation signal, demodulation performance deteriorates in proportion to the magnitude of phase noise of signal light and local light. Therefore, it is desirable to use a light source with low phase noise as the laser light source.

同様の現象が、光のコヒーレンス性を用いる光センサ(以下、光コヒーレントセンサとも称する。)にも当てはまる。光コヒーレントセンサとして、例えば、レーザードップラー振動計がある(例えば、特許文献1参照)。 The same phenomenon applies to an optical sensor that uses the coherence of light (hereinafter, also referred to as an optical coherent sensor). As an optical coherent sensor, for example, there is a laser Doppler vibrometer (see, for example, Patent Document 1).

図4を参照して、レーザードップラー振動計の従来例を説明する。図4は、レーザードップラー振動計の従来例を説明するための模式図である。 A conventional example of a laser Doppler vibrometer will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a conventional example of a laser Doppler vibrometer.

連続光光源(レーザー光源)10から出力された、直線偏光状態の連続光は、第1の偏光ビームスプリッタ(PBS)21で、直線偏光状態のプローブ光と参照光に2分岐される。プローブ光と参照光の偏光方向は互いに直交している。プローブ光は、第2のPBS22を経て、λ/4板30に送られる。プローブ光は、λ/4板30において、直線偏光から円偏光に変換される。円偏光に変換されたプローブ光は、測定対象物に照射される。 The linearly polarized continuous light output from the continuous light source (laser light source) 10 is split into two linearly polarized probe light and reference light by the first polarization beam splitter (PBS) 21. The polarization directions of the probe light and the reference light are orthogonal to each other. The probe light is sent to the λ/4 plate 30 via the second PBS 22. The probe light is converted from linearly polarized light into circularly polarized light at the λ/4 plate 30. The probe light converted into circularly polarized light is applied to the measurement target.

プローブ光が測定対象物で散乱した散乱光は、λ/4板30に入射される。散乱光は、λ/4板30において、円偏光から直線偏光に変換される。ここで、λ/4板30に入力されたプローブ光の偏光方向と、λ/4板30から出力される散乱光の偏光方向は、互いに直交する。直線偏光に変換された散乱光は、第2のPBS22を経て、第3のPBS23に送られる。 The scattered light obtained by scattering the probe light on the measurement target is incident on the λ/4 plate 30. The scattered light is converted from circularly polarized light into linearly polarized light at the λ/4 plate 30. Here, the polarization direction of the probe light input to the λ/4 plate 30 and the polarization direction of the scattered light output from the λ/4 plate 30 are orthogonal to each other. The scattered light converted into the linearly polarized light is sent to the third PBS 23 via the second PBS 22.

参照光は、偏光状態を維持したまま、ミラー40で反射され、周波数シフタ50に送られる。参照光は、周波数シフタ50で、発振器310で生成された発振信号を用いて、発振周波数Δfの周波数シフトを受けた後、第3のPBS23に送られる。 The reference light is reflected by the mirror 40 and is sent to the frequency shifter 50 while maintaining the polarization state. The reference light undergoes a frequency shift of the oscillation frequency Δf by the frequency shifter 50 using the oscillation signal generated by the oscillator 310, and is then sent to the third PBS 23.

第3のPBS23では、散乱光と参照光が、同じ偏光状態で干渉して干渉光を生成する。干渉光は、光電変換器60で干渉電気信号に変換される。干渉電気信号は、増幅器70で所定のレベルまで増幅された後、周波数弁別器80で位相の瞬時微分値、すなわち、瞬時周波数に変換される。この瞬時周波数からドップラーシフトによる周波数シフトが検出され、測定対象物の速度が得られる。 In the third PBS 23, the scattered light and the reference light interfere with each other in the same polarization state to generate interference light. The interference light is converted into an interference electric signal by the photoelectric converter 60. The interference electric signal is amplified to a predetermined level by the amplifier 70, and then converted to an instantaneous differential value of the phase, that is, an instantaneous frequency, by the frequency discriminator 80. The frequency shift due to the Doppler shift is detected from this instantaneous frequency, and the velocity of the measurement object is obtained.

特開平4−218731号公報JP-A-4-218731

https://www.ljmu.ac.uk/~/media/files/ljmu/about-us /faculties-and-schools/tae/geri/onedimensionalphaseunwrapping_finalpdfhttps://www.ljmu.ac.uk/~/media/files/ljmu/about-us /faculties-and-schools/tae/geri/onedimensionalphaseunwrapping_finalpdf http://www.cs.cmu.edu/~aarti/pubs/ANC.pdfhttp://www.cs.cmu.edu/~aarti/pubs/ANC.pdf

ここで、レーザードップラー振動計では、測定対象物までの距離が大きいほど、散乱光と参照光とが干渉するまでの両者の時間差が大きくなる。このため、連続光光源として位相雑音が大きいレーザー光源を用いると、干渉信号から位相情報を検出するのが難しくなる。 Here, in the laser Doppler vibrometer, the larger the distance to the measurement object, the larger the time difference between the scattered light and the reference light until they interfere with each other. Therefore, if a laser light source with large phase noise is used as the continuous light source, it becomes difficult to detect the phase information from the interference signal.

従って、レーザードップラー振動計に用いられるレーザー光源は、狭線幅であり、高いコヒーレンス性を有していることが要求される。 Therefore, the laser light source used in the laser Doppler vibrometer is required to have a narrow line width and high coherence.

しかし、このような狭線幅光源は、一般的に非常に高価であり、レーザードップラー振動計の光学系が高価となる一因となっている。 However, such a narrow linewidth light source is generally very expensive, which is one of the reasons why the optical system of the laser Doppler vibrometer is expensive.

上述の課題に鑑みて、この発明に係る発明者らが鋭意検討したところ、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて、レーザー光源の位相雑音を除去することにより、狭線幅光源が不要になることを見出した。 In view of the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have made earnest studies, and by using the technology of the active noise canceller, by removing the phase noise of the laser light source, it becomes unnecessary to use a narrow linewidth light source. I found it.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いることで、連続光光源の位相雑音を除去可能な、光コヒーレントセンサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical coherent sensor capable of removing the phase noise of a continuous light source by using the technology of an active noise canceller. Especially.

上述した目的を達成するために、この発明の光コヒーレントセンサは、干渉信号生成部と、位相変動信号生成部と、信号処理部とを備えて構成される。干渉信号生成部は、連続光を生成し、連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、参照光を第1の参照光及び第2の参照光に2分岐し、及び、プローブ光が測定対象物で散乱した散乱光と、第1の参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成する。位相変動信号生成部は、第2の参照光の位相変動を示す位相変動信号を生成する。信号処理部は、干渉信号と位相変動信号から、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて連続光の位相雑音を相殺することにより、散乱光の位相変化を検出する。 In order to achieve the above-mentioned object, the optical coherent sensor of the present invention includes an interference signal generation unit, a phase fluctuation signal generation unit, and a signal processing unit. The interference signal generation unit generates continuous light, splits the continuous light into two beams, a probe light and a reference light, splits the reference light into a first reference light and a second reference light, and measures the probe light. An interference signal is generated by coherently detecting the scattered light scattered by the object and the first reference light. The phase fluctuation signal generation unit generates a phase fluctuation signal indicating the phase fluctuation of the second reference light. The signal processing unit detects the phase change of the scattered light by canceling the phase noise of the continuous light from the interference signal and the phase fluctuation signal using the technique of the active noise canceller.

この発明の光コヒーレントセンサによれば、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて、連続光光源の位相雑音を除去するので、高コストな狭線幅光源が不要となる。 According to the optical coherent sensor of the present invention, the phase noise of the continuous light source is removed by using the technique of the active noise canceller, so that the costly narrow linewidth light source is not required.

この発明の光コヒーレントセンサを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the optical coherent sensor of this invention. 光コヒーレントセンサが備える位相変動信号生成部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining a phase fluctuation signal generation unit included in the optical coherent sensor. 光コヒーレントセンサが備える信号処理部を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for explaining a signal processing unit included in the optical coherent sensor. レーザードップラー振動計の従来例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the prior art example of a laser Doppler vibrometer.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the shapes, sizes, and positional relationships of the respective constituents are merely schematically illustrated to the extent that the present invention can be understood. Further, although a preferred configuration example of the present invention will be described below, this is merely a preferred example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

図1〜3を参照して、この発明の一実施形態に係る光コヒーレントセンサを説明する。図1は、この発明の光コヒーレントセンサを説明するための模式図である。図2は、光コヒーレントセンサが備える位相変動信号生成部を説明するための模式図である。図3は、光コヒーレントセンサが備える信号処理部を説明するための模式図である。 An optical coherent sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the optical coherent sensor of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the phase fluctuation signal generator included in the optical coherent sensor. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a signal processing unit included in the optical coherent sensor.

ここでは、光コヒーレントセンサの構成例として、レーザードップラー振動計を説明する。 Here, a laser Doppler vibrometer will be described as a configuration example of the optical coherent sensor.

レーザードップラー振動計は、干渉信号生成部100と、位相変動信号生成部200と、発振信号生成部300と、信号処理部400とを備えて構成される。 The laser Doppler vibrometer includes an interference signal generation unit 100, a phase fluctuation signal generation unit 200, an oscillation signal generation unit 300, and a signal processing unit 400.

干渉信号生成部100は、連続光光源110、第1〜第3の偏光ビームスプリッタ(PBS)121〜123、λ/4板130、ミラー140、周波数シフタ150、光電変換器160、第1のバンドパスフィルタ(BPF)170、及び、第1のアナログ・ディジタル変換器(ADC)180を備える。 The interference signal generation unit 100 includes a continuous light source 110, first to third polarization beam splitters (PBS) 121 to 123, a λ/4 plate 130, a mirror 140, a frequency shifter 150, a photoelectric converter 160, and a first band. A pass filter (BPF) 170 and a first analog-to-digital converter (ADC) 180 are provided.

連続光光源110は、コヒーレント光を生成可能な、例えば、任意好適な従来周知のレーザー光源で構成される。連続光光源110は、直線偏光状態である連続光を生成する。連続光光源110が生成した連続光は、第1のPBS121に送られる。 The continuous-wave light source 110 is composed of, for example, any suitable conventional well-known laser light source capable of generating coherent light. The continuous light source 110 generates continuous light that is in a linearly polarized state. The continuous light generated by the continuous light source 110 is sent to the first PBS 121.

第1のPBS121は、入力端、第1の出力端、及び、第2の出力端を有する。第1のPBS121は、入力端を経て入力された連続光を2つの直交した直線偏光状態の光に2分岐する。2分岐された一方は第1の出力端から出力されて、プローブ光として、第2のPBS122に送られる。また、2分岐された他方は、第2の出力端から参照光として出力される。 The first PBS 121 has an input end, a first output end, and a second output end. The first PBS 121 splits the continuous light input through the input end into two lights in two orthogonal linear polarization states. One of the two branches is output from the first output end and sent to the second PBS 122 as probe light. The other of the two branches is output from the second output end as reference light.

第2のPBS122は、入力端、入出力端、出力端を有する。第2のPBS122は、入力端を経て入力されたプローブ光を、入出力端から出力する。入出力端から出力されたプローブ光は、λ/4板130に送られる。 The second PBS 122 has an input end, an input/output end, and an output end. The second PBS 122 outputs the probe light input via the input end from the input/output end. The probe light output from the input/output terminal is sent to the λ/4 plate 130.

λ/4板130は、第2のPBS122から受けた直線偏光状態のプローブ光を、円偏光状態に変換する。円偏光状態に変換されたプローブ光は、測定対象物に照射される。また、λ/4板130は、測定対象物から受けた円偏光状態の散乱光を、直線偏光状態に変換する。直線偏光状態に変換された散乱光は、第2のPBS122に送られる。ここで、直線偏光状態のプローブ光は、λ/4板130を2回通過して、直線偏光状態の散乱光になる。このため、λ/4板130に入力される直線偏光状態のプローブ光と、λ/4板130から出力される直線偏光状態の散乱光とは、偏光方向が直交する。 The λ/4 plate 130 converts the linearly polarized probe light received from the second PBS 122 into a circularly polarized state. The measurement light is irradiated with the probe light converted into the circularly polarized state. Further, the λ/4 plate 130 converts the scattered light in the circularly polarized state received from the measurement object into the linearly polarized state. The scattered light converted into the linearly polarized state is sent to the second PBS 122. Here, the probe light in the linearly polarized state passes through the λ/4 plate 130 twice to become scattered light in the linearly polarized state. For this reason, the polarization directions of the linearly polarized probe light input to the λ/4 plate 130 and the linearly polarized scattered light output from the λ/4 plate 130 are orthogonal to each other.

第2のPBS122は、入出力端から入力された散乱光を、出力端から出力する。出力端から出力された散乱光は、第3のPBS123に送られる。 The second PBS 122 outputs the scattered light input from the input/output end from the output end. The scattered light output from the output end is sent to the third PBS 123.

第1のPBS121の第2の出力端から出力された参照光は第1の参照光と第2の参照光とに2分岐される。第1の参照光は、ミラー140に送られ、第2の参照光は、位相変動信号生成部200に送られる。 The reference light output from the second output end of the first PBS 121 is split into a first reference light and a second reference light. The first reference light is sent to the mirror 140, and the second reference light is sent to the phase fluctuation signal generation unit 200.

ミラー140に送られた第1の参照光は、偏光状態を維持したまま反射され、周波数シフタ150に送られる。周波数シフタ150は、例えば、AOM(Acoustic Optic Modulator)で構成される。周波数シフタ150は、発振信号生成部300で生成された周波数Δfの発振信号を用いて、周波数シフタ150を伝播する光に対して、周波数Δfの周波数シフトを与える。周波数シフタ150で周波数Δfの周波数シフトを受けた第1の参照光は、第3のPBS123に送られる。 The first reference light sent to the mirror 140 is reflected while maintaining its polarization state, and is sent to the frequency shifter 150. The frequency shifter 150 is composed of, for example, an AOM (Acoustic Opti Modulator). The frequency shifter 150 gives a frequency shift of the frequency Δf to the light propagating through the frequency shifter 150 by using the oscillation signal of the frequency Δf generated by the oscillation signal generation unit 300. The first reference light that has been frequency-shifted by the frequency Δf by the frequency shifter 150 is sent to the third PBS 123.

第3のPBS123は、第1の入力端、第2の入力端、及び、出力端を有する。第3のPBS123の第1の入力端には、第2のPBS122から送られた散乱光が入力される。また、第3のPBS123の第2の入力端には、周波数シフタ150から送られた第1の参照光が入力される。 The third PBS 123 has a first input end, a second input end, and an output end. The scattered light sent from the second PBS 122 is input to the first input end of the third PBS 123. Further, the first reference light sent from the frequency shifter 150 is input to the second input end of the third PBS 123.

第3のPBS123は、第1の入力端及び第2の入力端を経て入力された、同じ偏光状態の散乱光及び第1の参照光を干渉させて、干渉光を生成する。干渉光は、光電変換器160に送られる。 The third PBS 123 causes the scattered light having the same polarization state and the first reference light, which are input via the first input end and the second input end, to interfere with each other to generate interference light. The interference light is sent to the photoelectric converter 160.

光電変換器160は、例えば、フォトダイオード(PD)で構成される。光電変換器160は、干渉光を干渉電気信号に変換する。干渉電気信号は、周波数Δfを中心としたビート信号である。干渉電気信号は、周波数Δf近傍に、ドップラーシフトによる位相変調成分を含む。 The photoelectric converter 160 is composed of, for example, a photodiode (PD). The photoelectric converter 160 converts the interference light into an interference electric signal. The interference electric signal is a beat signal centered on the frequency Δf. The interference electrical signal includes a phase modulation component due to Doppler shift near the frequency Δf.

干渉電気信号は、第1のBPF170に送られる。第1のBPF170は、アンチエイリアシングフィルタとして機能する。第1のBPF170は、干渉電気信号の、ドップラーシフトによる位相変調成分を含む、Δf近傍の周波数成分を抽出する。第1のBPF170で抽出された周波数成分を含む干渉電気信号は、第1のADC180に送られる。 The interfering electrical signal is sent to the first BPF 170. The first BPF 170 functions as an anti-aliasing filter. The first BPF 170 extracts a frequency component near Δf including a phase modulation component due to Doppler shift of the interference electric signal. The interference electrical signal including the frequency component extracted by the first BPF 170 is sent to the first ADC 180.

第1のADC180は、第1のBPF170から送られた干渉電気信号をディジタル信号に変換して干渉信号を得る。このディジタル信号である干渉信号は、信号処理部400に送られる。 The first ADC 180 converts the interference electrical signal sent from the first BPF 170 into a digital signal to obtain an interference signal. The interference signal, which is this digital signal, is sent to the signal processing unit 400.

図2を参照して、位相変動信号生成部について説明する。位相変動信号生成部は、第2の参照光の位相変動を示す位相変動信号を生成する。 The phase fluctuation signal generator will be described with reference to FIG. The phase fluctuation signal generation unit generates a phase fluctuation signal indicating the phase fluctuation of the second reference light.

位相変動信号生成部200は、分岐部210、周波数シフタ230、遅延部240、合波部250、光電変換器260、第2のBPF270、及び、第2のADC280を備える。 The phase fluctuation signal generation unit 200 includes a branching unit 210, a frequency shifter 230, a delay unit 240, a multiplexing unit 250, a photoelectric converter 260, a second BPF 270, and a second ADC 280.

分岐部210は、第2の参照光を第1光路及び第2光路に2分岐する。 The branching unit 210 splits the second reference light into two light beams, a first light path and a second light path.

周波数シフタ230は、第1光路に設けられている。周波数シフタ230は、例えば、AOMで構成される。周波数シフタ230は、発振信号生成部300で生成された周波数Δfの発振信号を用いて、周波数シフタ230を伝播する光に対して、発振周波数Δfの周波数シフトを与える。周波数シフタ230で発振周波数Δfの周波数シフトを受けた光は、合波部250に送られる。 The frequency shifter 230 is provided in the first optical path. The frequency shifter 230 is composed of, for example, an AOM. The frequency shifter 230 gives a frequency shift of the oscillation frequency Δf to the light propagating through the frequency shifter 230 by using the oscillation signal of the frequency Δf generated by the oscillation signal generation unit 300. The light subjected to the frequency shift of the oscillation frequency Δf by the frequency shifter 230 is sent to the multiplexing unit 250.

遅延部240は、第2光路に設けられている。遅延部240は、第2光路を伝播する光に対して、時間τの遅延を与える。遅延部240で遅延を受けた光は、合波部250に送られる。 The delay unit 240 is provided in the second optical path. The delay unit 240 gives a delay of time τ to the light propagating in the second optical path. The light delayed by the delay unit 240 is sent to the multiplexing unit 250.

合波部250は、第1光路及び第2光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。合波部250に入射される、第1光路を伝播する光信号及び第2光路を伝播する光信号は、それぞれ、以下の式(1)及び(2)で表される。 The combining unit 250 combines lights propagating in the first optical path and the second optical path to generate combined light. An optical signal propagating in the first optical path and an optical signal propagating in the second optical path, which are incident on the multiplexing unit 250, are represented by the following equations (1) and (2), respectively.

ここで、p及びpは、それぞれ第1及び第2光路を伝播する光信号のパワーである。fは、連続光の周波数、φは第2の参照光、すなわち、連続光の位相雑音である。 Here, p 1 and p 2 are the powers of the optical signals propagating in the first and second optical paths, respectively. f 0 is the frequency of continuous light, and φ n is the phase noise of the second reference light, that is, continuous light.

合波光は、光電変換器260に送られる。光電変換器260は、例えば、フォトダイオード(PD)で構成される。光電変換器260から出力される電気信号は、以下の式(3)及び(4)で表される。 The combined light is sent to the photoelectric converter 260. The photoelectric converter 260 is composed of, for example, a photodiode (PD). The electric signal output from the photoelectric converter 260 is represented by the following equations (3) and (4).

ここで、pは、電気信号の振幅である。 Here, p 4 is the amplitude of the electric signal.

光電変換器260から出力された電気信号は、第2のBPF270に送られる。第2のBPF270は、アンチエイリアシングフィルタとして機能する。第2のBPF270は、電気信号から、第2の参照光の位相変調成分、すなわち、連続光光源110の位相雑音を含む、Δf近傍の周波数成分を抽出する。第2のBPF270で抽出された周波数成分を示す電気信号は、第2のADC280に送られる。 The electric signal output from the photoelectric converter 260 is sent to the second BPF 270. The second BPF 270 functions as an anti-aliasing filter. The second BPF 270 extracts a phase modulation component of the second reference light, that is, a frequency component near Δf including the phase noise of the continuous-wave light source 110 from the electric signal. The electric signal indicating the frequency component extracted by the second BPF 270 is sent to the second ADC 280.

第2のADC280は、第2のBPF270から送られた電気信号をディジタル信号に変換して位相変動信号を得る。このディジタル信号である位相変動信号は、信号処理部400に送られる。 The second ADC 280 converts the electric signal sent from the second BPF 270 into a digital signal to obtain a phase fluctuation signal. The phase fluctuation signal, which is this digital signal, is sent to the signal processing unit 400.

発振信号生成部300は、発振器310、第3のBPF370、及び、第3のADC380を備える。 The oscillation signal generation unit 300 includes an oscillator 310, a third BPF 370, and a third ADC 380.

発振器310は、周波数Δfの正弦波である、発振信号を生成する。発振信号は、3分岐され、それぞれ、干渉信号生成部100、位相変動信号生成部200、及び第3のBPF370に送られる。 The oscillator 310 generates an oscillation signal which is a sine wave having a frequency Δf. The oscillation signal is branched into three and is sent to the interference signal generation unit 100, the phase fluctuation signal generation unit 200, and the third BPF 370, respectively.

第3のBPF370は、アンチエイリアシングフィルタとして機能する。第3のBPF370は、発振周波数Δf近傍の周波数成分を抽出する。第3のBPF370で抽出された周波数成分を示す電気信号は、第3のADC380に送られる。 The third BPF 370 functions as an anti-aliasing filter. The third BPF 370 extracts a frequency component near the oscillation frequency Δf. The electric signal indicating the frequency component extracted by the third BPF 370 is sent to the third ADC 380.

第3のADC380は、第3のBPF370から送られた電気信号をディジタル信号に変換して発振周波数信号を得る。このディジタル信号である発振周波数信号は、信号処理部400に送られる。 The third ADC 380 converts the electric signal sent from the third BPF 370 into a digital signal to obtain an oscillation frequency signal. The oscillation frequency signal, which is this digital signal, is sent to the signal processing unit 400.

図3を参照して、信号処理部について説明する。信号処理部は、ディジタル信号を処理する部分である。信号処理部では、例えば、CPUがソフトウェアを実行することにより、所望の機能が実現される。なお、上述した第1〜第3のADCは、同期しているものとする。信号処理部は、干渉信号と位相変動信号から、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて連続光の位相雑音を相殺することにより、散乱光の位相変化を検出する。 The signal processing unit will be described with reference to FIG. The signal processing unit is a unit that processes a digital signal. In the signal processing unit, for example, a desired function is realized by the CPU executing software. The first to third ADCs described above are assumed to be synchronized. The signal processing unit detects the phase change of the scattered light by canceling the phase noise of the continuous light from the interference signal and the phase fluctuation signal using the technique of the active noise canceller.

信号処理部400は、第1の位相抽出部410、第2の位相抽出部420、第1の微分器432、可変フィルタ440、加算器430、第2の微分器434、乗算器460、第3のローパスフィルタ(LPF)470及び速度検出部480を備えて構成される。 The signal processing unit 400 includes a first phase extracting unit 410, a second phase extracting unit 420, a first differentiator 432, a variable filter 440, an adder 430, a second differentiator 434, a multiplier 460 and a third. The low pass filter (LPF) 470 and the speed detection unit 480 are included.

第1の位相抽出部410は、第1のヒルベルト変換器412と、第1のミキサー414、第1のLPF416、第1のアンラッパー418を備えている。また、第2の位相抽出部420は、第2のヒルベルト変換器422と、第2のミキサー424、第2のLPF426、第2のアンラッパー428を備えている。 The first phase extraction unit 410 includes a first Hilbert transformer 412, a first mixer 414, a first LPF 416, and a first unwrapper 418. In addition, the second phase extraction unit 420 includes a second Hilbert transformer 422, a second mixer 424, a second LPF 426, and a second unwrapper 428.

信号処理部400は、さらに、第3のヒルベルト変換器482を備えている。 The signal processing unit 400 further includes a third Hilbert transformer 482.

干渉信号は、Δfの周波数成分と、ドップラーシフトによる位相成分φと、第1の参照光の位相変動成分、すなわち、連続光光源の位相雑音による位相成分φを有している。干渉信号は、第1の位相抽出部410に送られる。 The interference signal has a frequency component of Δf, a phase component φ d due to the Doppler shift, and a phase variation component of the first reference light, that is, a phase component φ n due to the phase noise of the continuous light source. The interference signal is sent to the first phase extraction unit 410.

位相変動信号は、Δfの周波数成分と、第2の参照光の位相変動成分、すなわち、連続光光源の位相雑音による位相成分φを有している。位相変動信号は、第2の位相抽出部420に送られる。 The phase fluctuation signal has a frequency component of Δf and a phase fluctuation component of the second reference light, that is, a phase component φ n due to the phase noise of the continuous light source. The phase fluctuation signal is sent to the second phase extraction section 420.

発振周波数信号は、Δfの周波数成分を有している。ここでは、発振周波数信号の位相成分を0とする。発振周波数信号は、第3のヒルベルト変換器482に送られる。 The oscillation frequency signal has a frequency component of Δf. Here, the phase component of the oscillation frequency signal is 0. The oscillation frequency signal is sent to the third Hilbert transformer 482.

第1のヒルベルト変換器412は、第1の位相抽出部410に送られた干渉信号を複素数の信号である第1の複素数信号に変換する。第2のヒルベルト変換器422は、第2の位相抽出部420に送られた位相変動信号を複素数の信号である第2の複素数信号に変換する。第3のヒルベルト変換器482は、発振周波数信号を複素数の信号である第3の複素数信号に変換する。これら第1〜第3のヒルベルト変換器は、実数の三角関数の信号から、直交する成分を生成し、三角関数の信号を複素数の信号に変換する機能を有する。 The first Hilbert transformer 412 converts the interference signal sent to the first phase extraction unit 410 into a first complex number signal which is a complex number signal. The second Hilbert transformer 422 converts the phase fluctuation signal sent to the second phase extraction unit 420 into a second complex number signal which is a complex number signal. The third Hilbert transformer 482 converts the oscillation frequency signal into a third complex number signal which is a complex number signal. These first to third Hilbert transformers have a function of generating orthogonal components from a real number trigonometric function signal and converting the trigonometric function signal into a complex number signal.

第1の複素数信号と第3の複素数信号は第1のミキサー414に送られ、互いに乗算される。第1のミキサー414で乗算された信号は、2Δfの周波数成分と、直流成分を含む。第1のミキサー414の出力は、第1のLPF416に送られる。 The first complex number signal and the third complex number signal are sent to the first mixer 414 and multiplied with each other. The signal multiplied by the first mixer 414 includes a frequency component of 2Δf and a DC component. The output of the first mixer 414 is sent to the first LPF 416.

第2の複素数信号と第3の複素数信号は第2のミキサー424に送られ、互いに乗算される。第2のミキサー424で乗算された信号は、2Δfの周波数成分と、直流成分を含む。第2のミキサー424の出力は、第2のLPF426に送られる。 The second complex number signal and the third complex number signal are sent to the second mixer 424 and multiplied with each other. The signal multiplied by the second mixer 424 includes a frequency component of 2Δf and a DC component. The output of the second mixer 424 is sent to the second LPF 426.

第1のLPF416は、第1のミキサー414の出力から、2Δf近傍の周波数成分を除去し、直流成分近傍を出力する。第1のLPF416の出力は、第1のアンラッパー418に送られる。 The first LPF 416 removes the frequency component near 2Δf from the output of the first mixer 414 and outputs the near DC component. The output of the first LPF 416 is sent to the first unwrapper 418.

同様に、第2のLPF426は、第2のミキサー424の出力から、2Δf近傍の周波数成分を除去し、直流成分近傍を出力する。第2のLPF426の出力は、第2のアンラッパー428に送られる。 Similarly, the second LPF 426 removes the frequency component near 2Δf from the output of the second mixer 424, and outputs the near DC component. The output of the second LPF 426 is sent to the second unwrapper 428.

第1のアンラッパー418は、第1のLPF416の出力から位相成分を抽出して、第1の位相信号として出力する。第1の位相信号には、散乱光の位相成分と、第1の参照光の位相成分が含まれる。第2のアンラッパー428は、第2のLPF426の出力から位相成分を抽出して、第2の位相信号として出力する。第2の位相信号には、第2の参照光の位相成分が含まれる。なお、第1の参照光及び第2の参照光の位相成分は、いずれも、連続光光源110の位相雑音に起因する。ここで、アンラッパーは、複素数信号から位相成分を抽出する機能を有する。第1のアンラッパー418及び第2のアンラッパー428は、従来公知の構成にすることができる(例えば、非特許文献1参照)。 The first unwrapper 418 extracts a phase component from the output of the first LPF 416 and outputs it as a first phase signal. The first phase signal includes the phase component of scattered light and the phase component of first reference light. The second unwrapper 428 extracts the phase component from the output of the second LPF 426 and outputs it as the second phase signal. The second phase signal includes the phase component of the second reference light. The phase components of the first reference light and the second reference light are both caused by the phase noise of the continuous-wave light source 110. Here, the unwrapper has a function of extracting a phase component from the complex signal. The first unwrapper 418 and the second unwrapper 428 can have a conventionally known configuration (see Non-Patent Document 1, for example).

このように、第1の位相抽出部410は、干渉信号から散乱光の位相成分及び第1の参照光の位相成分を抽出して、第1の位相信号を生成する。また、第2の位相抽出部420は、位相変動信号から第2の参照光の位相成分を抽出して、第2の位相信号を生成する。 In this way, the first phase extraction unit 410 extracts the phase component of the scattered light and the phase component of the first reference light from the interference signal to generate the first phase signal. Further, the second phase extraction section 420 extracts the phase component of the second reference light from the phase fluctuation signal to generate the second phase signal.

第1の位相信号は、以下の式(5)及び(6)で表される。 The first phase signal is represented by the following equations (5) and (6).

ここで、k、pは整数であり、式(5)及び(6)は、時間の関数である。なお、括弧内のkは、サンプリング周期の何倍であるかを示している。また、pは、散乱光と参照光の時間差を示している。ここでは、サンプリング周期は十分小さく、全ての時間は、最も近い、サンプリング周波数の整数倍の値に近似できるとする。 Here, k and p are integers, and equations (5) and (6) are functions of time. Note that k in parentheses indicates how many times the sampling period is. Further, p indicates the time difference between the scattered light and the reference light. Here, it is assumed that the sampling period is sufficiently small, and all times can be approximated to the nearest integer multiple of the sampling frequency.

また、gは、φ(k)を入力とし、n(k)を出力とみなした場合の、インパルス応答である。 Further, g k is an impulse response when φ n (k) is input and n(k) is regarded as an output.

第1の位相信号は、加算器430に送られる。 The first phase signal is sent to adder 430.

第2の位相信号は、以下の式(7)で表される。 The second phase signal is represented by the following equation (7).

ここで、m、qは整数であり、式(7)は、時間の関数である。なお、括弧内のmは、サンプリング周期の何倍であるかを示している。また、qは、遅延部240での遅延を示している。ここでは、サンプリング周期は十分小さく、全ての時間は、最も近い、サンプリング周波数の整数倍の値に近似できるとする。μは、上式(3)の2πfτに相当する定数であり、より正確には2πfτを2πラジアンの整数倍で除した剰余である。 Here, m and q are integers, and Expression (7) is a function of time. Note that m in parentheses indicates how many times the sampling cycle is. Further, q indicates the delay in the delay unit 240. Here, it is assumed that the sampling period is sufficiently small, and all times can be approximated to the nearest integer multiple of the sampling frequency. μ is a constant corresponding to 2πf 0 τ in the above equation (3), and more accurately is a remainder obtained by dividing 2πf 0 τ by an integral multiple of 2π radians.

mは、kと同一ではなく、kに対して遅延させた量である。従って、mは、kと整数Δを用いてm=k−Δで表すことができる。 m is not the same as k, but is a delayed amount with respect to k. Therefore, m can be represented by m=k−Δ using k and the integer Δ.

第2の位相信号は、第1の微分器432に送られる。第1の微分器432は、入力された第2の位相信号を1サンプリング周期分遅延させて、その次に入力された第2の位相信号との差分を取る機能を有する。第1の微分器432の出力である第1の微分信号は、以下の式(8)で表され、この第1の微分信号によってμが相殺される。 The second phase signal is sent to the first differentiator 432. The first differentiator 432 has a function of delaying the input second phase signal by one sampling period and obtaining the difference from the second phase signal input next. The first differential signal which is the output of the first differentiator 432 is represented by the following equation (8), and μ is canceled by this first differential signal.

ここで、sはφ(m)を入力とし、y(m)を出力とみなした場合のインパルス応答である。 Here, s m as an input to φ n (m), is the impulse response when regarded as outputs y 3 (m).

また、y(k)とy(m)の関係は、以下の式(9)で表される。 Further, the relationship between y 3 (k) and y 3 (m) is expressed by the following equation (9).

ここで、dはy(k)を入力とし、y(m)を出力とみなした場合のインパルス応答である。 Here, d k is an impulse response when y 3 (k) is input and y 3 (m) is regarded as output.

第1の微分信号は、可変フィルタ440を経て加算器430に送られる。 The first differential signal is sent to the adder 430 via the variable filter 440.

加算器430は、第1の位相信号と第1の微分信号の差分を取り、差分信号e(k)を生成する。加算器430の出力である差分信号e(k)は、以下の式(10)及び式(11)で表される。 The adder 430 takes the difference between the first phase signal and the first differential signal to generate a difference signal e(k). The difference signal e(k) output from the adder 430 is expressed by the following equations (10) and (11).

ここで、fl,kは、可変フィルタ440のインパルス応答である。 Here, f l,k is the impulse response of the variable filter 440.

可変フィルタ440は、差分信号e(k)の分散を参照し、この分散が小さくなるように動的に、fl,kを変更する。このfl,kを変更するアルゴリズムとして、任意好適な従来公知の、例えば、最小二乗法(LMS:Least Mean Square)を用いることができる。ここで、lはアルゴリズムにおける反復回数を示す。 The variable filter 440 refers to the variance of the difference signal e(k) and dynamically changes f l,k so that the variance becomes small. As an algorithm for changing the f l,k , any suitable conventionally known method, for example, the least squares method (LMS) can be used. Here, 1 indicates the number of iterations in the algorithm.

このアルゴリズムにより収束したインパルス応答fl,kは、g*φ(k)の影響を小さくする値となっている。すなわち、差分信号e(k)は、ドップラーシフトによる位相φ(k)に近い信号となる。 The impulse response f l,k converged by this algorithm has a value that reduces the influence of g kn (k). That is, the difference signal e(k) becomes a signal close to the phase φ d (k) due to Doppler shift.

このように、信号処理部は、従来公知のアクティブノイズキャンセラーと同様に動作する(例えば、非特許文献2参照)。 In this way, the signal processing unit operates similarly to a conventionally known active noise canceller (see, for example, Non-Patent Document 2).

アクティブノイズキャンセラーの技術を用いた結果、可変フィルタ440の出力である差分信号e(k)は、以下の式(12)で表される。 As a result of using the technique of the active noise canceller, the differential signal e(k) which is the output of the variable filter 440 is expressed by the following equation (12).

ここで、n(k)は、アクティブノイズキャンセラーの技術により位相雑音が緩和された状態での、残留位相雑音である。 Here, n 0 (k) is the residual phase noise in the state where the phase noise is relaxed by the technique of the active noise canceller.

差分信号e(k)は、第2の微分器434に送られる。第2の微分器434は、入力された差分信号e(k)を1サンプリング周期分遅延させて、その次に入力された差分信号e(k−1)との差分を取る機能を有する。第2の微分器434の出力である第2の微分信号は、以下の式(13)で表される。 The difference signal e(k) is sent to the second differentiator 434. The second differentiator 434 has a function of delaying the input difference signal e(k) by one sampling period and obtaining the difference from the next input difference signal e(k−1). The second differential signal output from the second differentiator 434 is represented by the following equation (13).

第2の微分信号は、乗算器460に送られる。乗算器460では、第2の微分信号をサンプリング周期で除算する。これにより、差分信号e(k−1)の位相成分の時間変化率が得られる。上式(13)の右辺の第1項及び第2項から、サンプリング周期間のドップラーシフトによる位相の時間変化率が得られる。また、上式(13)の右辺の第3項及び第4項から、サンプリング周期間の位相雑音の時間変化率が得られる。この位相雑音の時間変化率は、高周波になるほど増大する。乗算器460の出力は、第3のLPF470に送られる。 The second differential signal is sent to the multiplier 460. The multiplier 460 divides the second differential signal by the sampling period. As a result, the time change rate of the phase component of the differential signal e(k-1) is obtained. From the first and second terms on the right side of the above equation (13), the time change rate of the phase due to the Doppler shift between the sampling periods can be obtained. Further, the time change rate of the phase noise between the sampling periods can be obtained from the third and fourth terms on the right side of the above equation (13). The time change rate of this phase noise increases as the frequency becomes higher. The output of the multiplier 460 is sent to the third LPF 470.

第3のLPF470は、高周波になるほど増加する位相雑音を減衰させる。この結果、ドップラーシフトによる散乱光の位相変化が強調される。第3のLPF470の出力は、速度検出部480に送られる。 The third LPF 470 attenuates the phase noise that increases as the frequency becomes higher. As a result, the phase change of scattered light due to Doppler shift is emphasized. The output of the third LPF 470 is sent to the speed detector 480.

速度検出部480では、第3のLPF470から送られた信号に含まれる、ドップラーシフトによる散乱光の位相変化から、被測定物の速度を検出する。速度検出部480は任意好適な従来公知の構成にすることができる。 The velocity detector 480 detects the velocity of the object to be measured from the phase change of the scattered light due to the Doppler shift contained in the signal sent from the third LPF 470. The speed detection unit 480 can have any suitable conventionally known configuration.

このレーザードップラー振動計によれば、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて、連続光光源の位相雑音を除去するので、高コストな狭線幅光源が不要となる。 According to this laser Doppler vibrometer, the phase noise of the continuous light source is removed by using the technology of the active noise canceller, so that the costly narrow linewidth light source is unnecessary.

また、レーザードップラー振動計では、散乱光と参照光が干渉するまでの時間差が大きくなると、位相雑音の揺らぎもこの時間差に比例して大きくなる。このため、測定可能な、レーザードップラー振動計と測定対象物との距離が制限される。これに対し、このレーザードップラー振動計では、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて位相雑音を軽減することができる。すなわち、測定可能な、レーザードップラー振動計と測定対象物との距離を長くできるという副次的な効果も得られる。 Further, in the laser Doppler vibrometer, when the time difference until the scattered light and the reference light interfere with each other increases, the fluctuation of the phase noise also increases in proportion to this time difference. Therefore, the measurable distance between the laser Doppler vibrometer and the measurement target is limited. On the other hand, in this laser Doppler vibrometer, the phase noise can be reduced by using the technology of active noise canceller. That is, there is also a secondary effect that the measurable distance between the laser Doppler vibrometer and the measurement object can be increased.

ここでは、光コヒーレントセンサとして、レーザードップラー振動計の例を説明したが、これに限定されない。光通信や光センシングとして利用可能な光コヒーレントセンサとして、上述の構成を用いることができる。 Here, the example of the laser Doppler vibrometer has been described as the optical coherent sensor, but the invention is not limited to this. The above-described configuration can be used as an optical coherent sensor that can be used for optical communication and optical sensing.

10、110 連続光光源
21、22、23、121、122、123 偏光ビームスプリッタ(PBS)
30、130 λ/4板
40、140 ミラー
50、150、230 周波数シフタ
60、160、260 光電変換器
70 増幅器
80 周波数弁別器
100 干渉信号生成部
170、270、370 バンドパスフィルタ(BPF)
180、280、380 アナログ・ディジタル変換器(ADC)
200 位相変動信号生成部
210 分岐部
240 遅延部
250 合波部
300 発振信号生成部
310 発振器
400 信号処理部
410、420 位相抽出部
412、422、482 ヒルベルト変換器
414、424 ミキサー
416、426、470 ローパスフィルタ(LPF)
418、428 アンラッパー
430 加算器
432、434 微分器
440 可変フィルタ
460 乗算器
480 速度検出部
10, 110 Continuous light source 21, 22, 23, 121, 122, 123 Polarizing beam splitter (PBS)
30, 130 λ/4 plate 40, 140 Mirror 50, 150, 230 Frequency shifter 60, 160, 260 Photoelectric converter 70 Amplifier 80 Frequency discriminator 100 Interference signal generation unit 170, 270, 370 Bandpass filter (BPF)
180, 280, 380 Analog-to-digital converter (ADC)
200 phase fluctuation signal generation unit 210 branching unit 240 delay unit 250 multiplexing unit 300 oscillation signal generation unit 310 oscillator 400 signal processing unit 410, 420 phase extraction unit 412, 422, 482 Hilbert converter 414, 424 mixer 416, 426, 470 Low pass filter (LPF)
418, 428 Unwrapper 430 Adder 432, 434 Differentiator 440 Variable filter 460 Multiplier 480 Speed detector

Claims (5)

連続光を生成し、
前記連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、
前記参照光を第1の参照光及び第2の参照光に2分岐し、及び、
前記プローブ光が測定対象物で散乱した散乱光と、前記第1の参照光とをコヒーレント検波することにより干渉信号を生成する
干渉信号生成部と、
前記第2の参照光の位相変動を示す位相変動信号を生成する
位相変動信号生成部と、
前記干渉信号と、前記位相変動信号から、アクティブノイズキャンセラーの技術を用いて、前記連続光の位相雑音を相殺することにより、前記散乱光の位相変化を検出する信号処理部と
を備え
前記信号処理部は、
第1の位相抽出部と、
第2の位相抽出部と、
第1の微分器と、
可変フィルタと、
加算器と、
第2の微分器と、
乗算器と
ローパスフィルタと
を備え、
前記第1の位相抽出部は、前記干渉信号から前記散乱光の位相変化及び前記連続光の位相成分を抽出して、第1の位相信号を生成し、
前記第2の位相抽出部は、前記位相変動信号から前記連続光の位相成分を抽出して、第2の位相信号を生成し、
前記第1の微分器は、前記第2の位相信号に含まれる位相成分の時間変化を取得し、
前記第1の微分器の出力は、前記可変フィルタに送られ、
前記加算器は、前記第1の位相信号と、前記可変フィルタの出力との差分を差分信号として出力し、
前記可変フィルタは、前記差分信号の分散を小さくするように動作し、
前記第2の微分器及び前記乗算器は、前記差分信号の位相成分の時間変化率を取得し、
前記ローパスフィルタは、前記連続光の位相成分を除去す
ことを特徴とする光コヒーレントセンサ。
Produces continuous light,
The continuous light is split into a probe light and a reference light,
The reference light is split into a first reference light and a second reference light, and
An interference signal generation unit that generates an interference signal by coherently detecting the scattered light in which the probe light is scattered by the measurement target and the first reference light,
A phase fluctuation signal generation unit that generates a phase fluctuation signal indicating the phase fluctuation of the second reference light;
From the interference signal and the phase fluctuation signal, using the technology of active noise canceller, by canceling the phase noise of the continuous light, a signal processing unit for detecting a phase change of the scattered light ,
The signal processing unit,
A first phase extraction unit,
A second phase extraction unit,
A first differentiator,
Variable filter,
An adder,
A second differentiator,
With a multiplier
With a low pass filter
Equipped with
The first phase extraction unit extracts a phase change of the scattered light and a phase component of the continuous light from the interference signal to generate a first phase signal,
The second phase extraction unit extracts a phase component of the continuous light from the phase fluctuation signal to generate a second phase signal,
The first differentiator acquires a time change of a phase component included in the second phase signal,
The output of the first differentiator is sent to the variable filter,
The adder outputs the difference between the first phase signal and the output of the variable filter as a difference signal,
The variable filter operates to reduce the variance of the differential signal,
The second differentiator and the multiplier obtain a time change rate of the phase component of the difference signal,
The low pass filter, optical coherent sensor characterized that you remove the phase component of the continuous light.
発振周波数Δfの周波数成分を有する発振周波数信号を生成する発振信号生成部をさらに備え
前記第1の位相抽出部は、
前記干渉信号を複素数の信号である第1の複素数信号に変換する第1のヒルベルト変換器と、
前記第1の複素数信号と、前記発振周波数信号を複素数の信号に変換して得られた第3の複素数信号を乗算する第1のミキサーと、
前記第1のミキサーの出力から、直流近傍の周波数成分を抽出する第1のローパスフィルタと、
前記第1のローパスフィルタの出力の位相成分を抽出する第1のアンラッパーと
を備え、
前記第2の位相抽出部は、
前記位相変動信号を複素数の信号である第2の複素数信号に変換する第2のヒルベルト変換器と、
前記第2の複素数信号と、前記第3の複素数信号を乗算する第2のミキサーと、
前記第2のミキサーの出力から、直流近傍の周波数成分を抽出する第2のローパスフィルタと、
前記第2のローパスフィルタの出力の位相成分を抽出する第2のアンラッパーと
を備え
ことを特徴とする請求項1に記載の光コヒーレントセンサ。
An oscillation signal generation unit that generates an oscillation frequency signal having a frequency component of the oscillation frequency Δf is further provided ,
The first phase extraction unit,
A first Hilbert transformer for converting the interference signal into a first complex number signal which is a complex number signal;
A first mixer for multiplying the first complex number signal by a third complex number signal obtained by converting the oscillation frequency signal into a complex number signal;
A first low-pass filter for extracting a frequency component near DC from the output of the first mixer;
A first unwrapper for extracting a phase component of the output of the first low-pass filter;
Equipped with
The second phase extraction unit,
A second Hilbert transformer for converting the phase fluctuation signal into a second complex number signal which is a complex number signal;
A second mixer for multiplying the second complex signal by the third complex signal;
A second low-pass filter for extracting a frequency component near DC from the output of the second mixer;
A second unwrapper that extracts the phase component of the output of the second low-pass filter;
Optical coherent sensor according to claim 1, characterized in Rukoto equipped with.
前記発振信号生成部は、
発振器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記発振器は、周波数Δfの正弦波である、発振信号を生成し、
前記発振信号は、3分岐されて、それぞれ、前記干渉信号生成部、前記位相変動信号生成部、及び前記発振信号生成部のバンドパスフィルタに送られ、
前記発振信号生成部のバンドパスフィルタは、前記発振信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記発振信号生成部のアナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して前記発振周波数信号を得る
ことを特徴とする請求項2に記載の光コヒーレントセンサ。
The oscillation signal generation unit,
An oscillator,
A bandpass filter,
With analog-digital converter,
The oscillator produces an oscillating signal, which is a sine wave of frequency Δf,
The oscillation signal is branched into three and sent to the interference signal generation unit, the phase fluctuation signal generation unit, and the bandpass filter of the oscillation signal generation unit,
The bandpass filter of the oscillation signal generation unit extracts a component near the oscillation frequency Δf of the oscillation signal,
The analog-to-digital converter of the oscillation signal generation unit, optical coherent sensor according to claim 2, characterized in that by converting the output of said bandpass filter into a digital signal to obtain the oscillation frequency signal.
前記干渉信号生成部は、
連続光光源と、
第1〜第3の偏光ビームスプリッタと、
λ/4板と、
周波数シフタと、
光電変換器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記連続光光源は、前記連続光を生成し、
前記第1の偏光ビームスプリッタは、前記連続光をプローブ光と参照光に2分岐し、
前記第2の偏光ビームスプリッタは、前記プローブ光を前記λ/4板を経て前記測定対象物に送り、かつ、前記測定対象物からの散乱光を前記λ/4板を経て受け取り、前記第3の偏光ビームスプリッタに送り、
前記周波数シフタは、前記第1の参照光に前記発振周波数Δfの周波数シフトを与えた後、前記第3の偏光ビームスプリッタに送り、
前記第3の偏光ビームスプリッタは、前記散乱光と周波数シフトを受けた前記第1の参照光を干渉させて干渉光を生成し、
前記光電変換器は、前記干渉光を光電変換して干渉電気信号を生成し、
前記バンドパスフィルタは、前記干渉電気信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記アナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して前記干渉信号を得る
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光コヒーレントセンサ。
The interference signal generation unit,
Continuous light source,
First to third polarization beam splitters,
λ/4 plate,
Frequency shifter,
Photoelectric converter,
A bandpass filter,
With analog-digital converter,
The continuous light source generates the continuous light,
The first polarization beam splitter splits the continuous light into two beams, a probe light and a reference light,
The second polarization beam splitter sends the probe light to the measurement target through the λ/4 plate, receives scattered light from the measurement target through the λ/4 plate, and outputs the probe light to the measurement target. To the polarization beam splitter of
The frequency shifter applies a frequency shift of the oscillation frequency Δf to the first reference light, and then sends the first reference light to the third polarization beam splitter,
The third polarization beam splitter interferes with the scattered light and the first reference light subjected to frequency shift to generate interference light,
The photoelectric converter photoelectrically converts the interference light to generate an interference electrical signal,
The bandpass filter extracts a component in the vicinity of the oscillation frequency Δf of the interference electric signal,
Said analog-to-digital converter, optical coherent sensor according to claim 2 or 3, characterized in that by converting the output of said bandpass filter into a digital signal to obtain the interference signal.
前記位相変動信号生成部は、
分岐部と、
周波数シフタと、
遅延部と、
合波部と、
光電変換器と、
バンドパスフィルタと、
アナログ・ディジタル変換器と
を備え、
前記分岐部は、前記第2の参照光を第1光路及び第2光路に2分岐し、
前記位相変動信号生成部の周波数シフタは、前記第1光路に設けられ、前記第1光路を伝播する光に前記発振周波数Δfの周波数シフトを与え、
前記遅延部は、前記第2光路に設けられ、前記第2光路を伝播する光に遅延を与え、
前記合波部は、前記第1光路及び前記第2光路を伝播する光を合波して合波光を生成し、
前記位相変動信号生成部の光電変換器は、前記合波光を光電変換して電気信号を生成し、
前記位相変動信号生成部のバンドパスフィルタは、前記電気信号の前記発振周波数Δfの近傍の成分を抽出し、
前記位相変動信号生成部のアナログ・ディジタル変換器は、前記バンドパスフィルタの出力をディジタル信号に変換して位相変動信号を得る
ことを特徴とする請求項2〜のいずれか一項に記載の光コヒーレントセンサ。
The phase fluctuation signal generation unit,
Branching part,
Frequency shifter,
Delay part,
With the multiplexing section,
Photoelectric converter,
A bandpass filter,
With analog-digital converter,
The branching unit splits the second reference light into a first optical path and a second optical path,
The frequency shifter of the phase fluctuation signal generation unit is provided in the first optical path, and gives a frequency shift of the oscillation frequency Δf to light propagating in the first optical path.
The delay unit is provided in the second optical path, delays light propagating in the second optical path,
The combining unit combines lights propagating in the first optical path and the second optical path to generate combined light,
The photoelectric converter of the phase fluctuation signal generation unit photoelectrically converts the combined light to generate an electric signal,
The bandpass filter of the phase fluctuation signal generation unit extracts a component near the oscillation frequency Δf of the electric signal,
Said analog-to-digital converter of the phase variation signal generating unit according to any one of claims 2-4, characterized in that to obtain a phase variation signal is converted into a digital signal output of the bandpass filter Optical coherent sensor.
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