JP6797329B2 - 光測距装置及び加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、測定対象物までの距離を算出する光測距装置と、光測距装置を備える加工装置とに関するものである。

以下の特許文献１には、捜索対象の３次元形状を検出できる異物検出装置が開示されている。
以下の特許文献１に開示されている異物検出装置は、レーザ光を出力する光出力手段と、レーザ光を用いて捜索対象の捜索範囲を走査する走査手段とを備えている。
また、異物検出装置は、捜索対象にレーザ光を照射したときの捜索対象からの散乱光を偏波成分ごとに分離する偏波分離手段と、散乱光のそれぞれの偏波成分を受光する第１及び第２の受光手段とを備えている。
また、異物検出装置は、レーザ光と散乱光におけるそれぞれの偏波成分との位相差を検出するとともに、散乱光におけるそれぞれの偏波成分の受信強度を検出する第１及び第２の位相差検出手段を備えている。
さらに、異物検出装置は、検出結果に基づいて散乱光の偏波解消度を算出すると共に、偏波解消度の算出結果に応じて異物との離間距離を算出し、異物の形状を出力する信号処理手段を備えている。
したがって、異物検出装置は、戻り光の偏波成分によらずに、異物の３次元形状を検出することができる。

特開２０１１−１８５８３７号公報

特許文献１に開示されている異物検出装置は、レーザ光を照射しているときに、光の偏波面が回転している場合、捜索対象に散乱された散乱光のそれぞれの偏波成分の受信強度が低下してしまうことがある。
異物検出装置は、散乱光のそれぞれの偏波成分の受信強度が低下してしまうと、捜索対象までの距離の測定精度が劣化してしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光の偏波面が回転している場合でも、測定対象物までの距離を測定することができる光測距装置及び加工装置を得ることを目的とする。

この発明に係る光測距装置は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を参照光として出力するとともに、周波数掃引光の偏波を多重化するとともに、位相偏移変調し、互いに直交している第１及び第２の偏波の周波数掃引光を出力する光出力部と、第１及び第２の偏波の周波数掃引光を測定対象物に向けて照射し、測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信する光送受信部と、反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離し、第１の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第１及び第２の成分を抽出し、第２の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第３及び第４の成分を抽出する光干渉部と、第１及び第２の成分を有する第１の複素信号の偏波角度と、第３及び第４の成分を有する第２の複素信号の偏波角度とを回転させることで、偏波の水平成分及び垂直成分のうちの１つ以上の成分を取得する偏波回転部と、偏波回転部により取得された成分に基づいて、反射光の周波数と参照光の周波数との差分を算出し、差分から、測定対象物までの距離を算出する距離算出部とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離し、第１の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第１及び第２の成分を抽出し、第２の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第３及び第４の成分を抽出する光干渉部と、第１及び第２の成分を有する第１の複素信号の偏波角度と、第３及び第４の成分を有する第２の複素信号の偏波角度とを回転させることで、偏波の水平成分及び垂直成分のうちの１つ以上の成分を取得する偏波回転部を設け、距離算出部が、偏波回転部により取得された成分に基づいて、反射光の周波数と参照光の周波数との差分を算出し、差分から、測定対象物までの距離を算出するように、光測距装置を構成した。したがって、この発明に係る光測距装置は、光の偏波面が回転している場合でも、測定対象物までの距離を測定することができる。

実施の形態１による加工装置２を示す構成図である。 実施の形態１による光測距装置３を示す構成図である。 実施の形態１による光測距装置３の信号処理部２４を示す構成図である。 信号処理部２４のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 信号処理部２４がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 光干渉部２１及びＯ／Ｅ変換部２２の内部を示す構成図である。 偏波回転部２５の内部を示す構成図である。 位相補償部２６の内部を示す構成図である。 光測距装置３による距離の測定処理を示す説明図である。 鋸波信号の波形を示す説明図である。 位相補償部２６の位相補償処理を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による加工装置２を示す構成図である。
図１において、測定対象物１は、加工装置２によって加工される加工物などが該当する。
加工装置２は、光測距装置３、加工部４及び検査部５を備えている。
光測距装置３は、測定対象物１までの距離を測定し、測定した距離を加工部４及び検査部５のそれぞれに出力する装置である。
加工部４は、光測距装置３から出力された距離に基づいて測定対象物１を加工する。
加工部４の加工例としては、光測距装置３から出力された距離が設計値と一致するように、測定対象物１を研磨する加工又は測定対象物１を切削する加工などが考えられる。
検査部５は、光測距装置３から出力された距離に基づいて、測定対象物１の面粗さ又は測定対象物１の凹凸を検査する。
検査部５の検査例としては、光測距装置３から出力された距離が設計値と一致しているか否かを判定する検査などが考えられる。

図２は、実施の形態１による光測距装置３を示す構成図である。
図２において、光出力部１０は、周波数変化信号発生器１１、レーザ光源１２、光カプラ１３、位相変調信号生成部１４及び偏波多重部１５を備えている。
光出力部１０は、時間の経過に伴って周波数が変化する第１の偏波の周波数掃引光を参照光として信号処理器２０に出力する。
光出力部１０は、周波数掃引光の偏波を多重し、互いに直交している第１及び第２の偏波の周波数掃引光を光送受信部１６に出力する。
実施の形態１の光測距装置３では、第１の偏波が水平偏波であり、第２の偏波が垂直偏波であるものとする。
ただし、これは一例に過ぎず、例えば、第１の偏波が垂直偏波であって、第２の偏波が水平偏波であってもよい。

周波数変化信号発生器１１は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号をレーザ光源１２に出力する。
周波数変化信号発生器１１から出力される周波数変化信号としては、鋸波信号のほか、三角波信号などが考えられる。実施の形態１の光測距装置３では、周波数変化信号発生器１１が、周波数変化信号として、鋸波信号を出力するものとする。

レーザ光源１２は、例えば、分布帰還型レーザによって実現される。レーザ光源１２は、光ファイバを介して、光カプラ１３と接続されている。
レーザ光源１２は、周波数変化信号発生器１１から出力された鋸波信号に基づいて、時間の経過に伴って周波数が変化する水平偏波の周波数掃引光を光カプラ１３に繰り返し出力する。

光カプラ１３は、光ファイバを介して、偏波多重部１５と接続され、また、光ファイバを介して、光干渉部２１と接続されている。
光カプラ１３は、レーザ光源１２から出力された水平偏波の周波数掃引光を２分岐し、分岐後の一方の周波数掃引光を偏波多重部１５に出力し、分岐後の他方の周波数掃引光を参照光として光干渉部２１に出力する。

位相変調信号生成部１４は、周波数掃引光を位相偏移変調するための位相変調信号を生成し、位相変調信号を偏波多重部１５に出力する。
偏波多重部１５は、光ファイバを介して、サーキュレータ１７と接続されている。
偏波多重部１５は、光カプラ１３より出力された水平偏波の周波数掃引光から垂直偏波の周波数掃引光を生成し、水平偏波の周波数掃引光と、垂直偏波の周波数掃引光とを多重化する。
偏波多重部１５は、位相変調信号生成部１４から出力された位相変調信号に従って、偏波多重化後の周波数掃引光を位相偏移変調し、位相偏移変調後の周波数掃引光をサーキュレータ１７に出力する。
位相偏移変調としては、ＱＰＳＫ（四位相偏移変調）又はＢＰＳＫ（二位相偏移変調）などが考えられるが、実施の形態１の光測距装置３では、位相偏移変調がＱＰＳＫであるものとする。
偏波多重部１５は、周波数掃引光をＱＰＳＫによって位相偏移変調する場合、位相偏移変調後の周波数掃引光として、例えば「００」「０１」「１０」「１１」の２値信号にマッピングされた４つの位相状態をサーキュレータ１７に繰り返し出力する。

光送受信部１６は、サーキュレータ１７及びレンズ１８を備えている。
光送受信部１６は、偏波多重部１５から出力された周波数掃引光を測定対象物１に向けて照射し、測定対象物１に反射された周波数掃引光を反射光として受信する。
サーキュレータ１７は、光ファイバを介して、光干渉部２１と接続されている。
サーキュレータ１７は、偏波多重部１５から出力された周波数掃引光をレンズ１８に出力し、レンズ１８から出力された反射光を光干渉部２１に出力する。

レンズ１８は、サーキュレータ１７から出力された周波数掃引光を測定対象物１に向けて空間に放射する。
レンズ１８は、測定対象物１に反射された周波数掃引光を反射光として集光し、反射光をサーキュレータ１７に出力する。

信号処理器２０は、光干渉部２１、光電気変換部（以下、「Ｏ／Ｅ変換部」と称する）２２、アナログデジタル変換部（以下、「Ａ／Ｄ変換部」と称する）２３及び信号処理部２４を備えている。
光干渉部２１は、光ファイバを介して、Ｏ／Ｅ変換部２２と接続されている。
光干渉部２１は、サーキュレータ１７から出力された反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離する。
光干渉部２１は、第１の偏波の反射光と参照光との干渉光から、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ及び第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑを抽出し、第２の偏波の反射光と参照光との干渉光から、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑを抽出する。
第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉと第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑは、互いに直交している成分であり、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉの角度がθであるとすれば、第２の成分Ｐ _Ｈ，Ｑ の角度は、θ＋９０°である。
第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉと第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑは、互いに直交している成分であり、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉの角度がαであるとすれば、第４の成分Ｐ _Ｖ，Ｑ の角度は、α＋９０°である。
例えば、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉは、水平偏波に含まれている位相が０°の水平成分と対応しており、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑは、水平偏波に含まれている位相が９０°の垂直成分と対応している。しかし、レンズ１８から放射された周波数掃引光が測定対象物１に反射される際に、偏波面に回転が生じている場合、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉは、位相が０°の水平成分と一致しなくなり、水平成分と垂直成分が混じっている状態となる。また、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑは、位相が９０°の垂直成分と一致しなくなり、水平成分と垂直成分が混じっている状態となる。
垂直偏波に含まれている第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑについても、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ及び第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑと同様である。
光干渉部２１は、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ_Ｖ，ＱのそれぞれをＯ／Ｅ変換部２２に出力する。

Ｏ／Ｅ変換部２２は、光干渉部２１から出力された第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑのそれぞれを電気信号に変換する。
Ｏ／Ｅ変換部２２は、電気信号である第１の成分Ｐ’_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ’_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ’_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ’_Ｖ，ＱのそれぞれをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。
Ａ／Ｄ変換部２３は、Ｏ／Ｅ変換部２２から出力された第１の成分Ｐ’_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ’_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ’_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ’_Ｖ，Ｑのそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
Ａ／Ｄ変換部２３は、デジタル信号である第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑのそれぞれを信号処理部２４の偏波回転部２５に出力する。

信号処理部２４は、図３に示すように、偏波回転部２５、位相補償部２６及び距離算出部２７を備えている。
図３は、実施の形態１による光測距装置３の信号処理部２４を示す構成図である。
図４は、信号処理部２４のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図３において、偏波回転部２５は、例えば、図４に示す偏波回転回路７１によって実現される。
偏波回転部２５は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力された第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉ及び第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑから複素信号ｅ_Ｈ（第１の複素信号）を構築する。
また、偏波回転部２５は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力された第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑから複素信号ｅ_Ｖ（第２の複素信号）を構築する。
偏波回転部２５は、複素信号ｅ_Ｈの偏波角度と、複素信号ｅ_Ｖの偏波角度とを回転させて水平成分Ｐ_Ｈ及び垂直成分Ｐ_Ｖのそれぞれを取得し、水平成分Ｐ_Ｈ及び垂直成分Ｐ_Ｖのそれぞれを位相補償部２６に出力する。

位相補償部２６は、例えば、図４に示す位相補償回路７２によって実現される。
位相補償部２６は、偏波回転部２５から出力された水平成分Ｐ_Ｈと垂直成分Ｐ_Ｖとから複素信号ｅ_Ｈ，Ｖを構築する。
位相補償部２６は、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相に含まれているノイズ成分の位相を除去する位相補償処理を実施し、位相補償処理後の複素信号における水平成分Ｐ’_Ｈ及び垂直成分Ｐ’_Ｖのうちの１つ以上の成分を距離算出部２７に出力する。

距離算出部２７は、スペクトル算出部２８、スペクトル選択部２９及び距離算出処理部３０を備えている。
距離算出部２７は、位相補償処理後の水平成分Ｐ’_Ｈ及び位相補償処理後の垂直成分Ｐ’_Ｖのうち、１つ以上の成分に基づいて、反射光の周波数と参照光の周波数との差分Δｆを算出し、差分Δｆから、測定対象物１までの距離を算出する処理を実施する。

スペクトル算出部２８は、例えば、図４に示すスペクトル算出回路７３によって実現される。
スペクトル算出部２８は、位相補償部２６から出力された水平成分Ｐ’_Ｈをフーリエ変換することで、水平成分Ｐ’_Ｈの周波数スペクトルｆｓ_Ｈを算出する処理を実施する。
また、スペクトル算出部２８は、位相補償部２６から出力された垂直成分Ｐ’_Ｖをフーリエ変換することで、垂直成分Ｐ’_Ｖの周波数スペクトルｆｓ_Ｖを算出する処理を実施する。
スペクトル算出部２８は、水平成分Ｐ’_Ｈの周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び垂直成分Ｐ’_Ｖの周波数スペクトルｆｓ_Ｖのそれぞれをスペクトル選択部２９に出力する。
ここでは、スペクトル算出部２８が、周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び周波数スペクトルｆｓ_Ｖの双方を算出しているが、周波数スペクトルｆｓ_Ｈ又は周波数スペクトルｆｓ_Ｖの一方を算出するようにしてもよい。
スペクトル算出部２８が、周波数スペクトルｆｓ_Ｈ又は周波数スペクトルｆｓ_Ｖの一方を算出する場合、後段のスペクトル選択部２９は、不要である。スペクトル算出部２８が、周波数スペクトルｆｓ_Ｈ又は周波数スペクトルｆｓ_Ｖの一方を算出する場合、算出した周波数スペクトルを距離算出処理部３０に出力する。

スペクトル選択部２９は、例えば、図４に示すスペクトル選択回路７４によって実現される。
スペクトル選択部２９は、スペクトル算出部２８から出力された周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び周波数スペクトルｆｓ_Ｖの中から、いずれか一方の周波数スペクトルを選択する。
即ち、スペクトル選択部２９は、周波数スペクトルｆｓ_Ｈに含まれているピークのスペクトルと、周波数スペクトルｆｓ_Ｖに含まれているピークのスペクトルとを比較し、ピークのスペクトルが大きい方の周波数スペクトルを選択する。

距離算出処理部３０は、例えば、図４に示す距離算出処理回路７５によって実現される。
距離算出処理部３０は、スペクトル選択部２９により選択された周波数スペクトルに基づいて、反射光の周波数成分に係る周波数と、参照光の周波数成分に係る周波数との差分Δｆを算出する処理を実施する。
また、距離算出処理部３０は、算出した差分Δｆから、光測距装置３から測定対象物１までの距離を算出する処理を実施する。

図３では、信号処理部２４の構成要素である偏波回転部２５、位相補償部２６、スペクトル算出部２８、スペクトル選択部２９及び距離算出処理部３０のそれぞれが、図４に示すような専用のハードウェアで実現されるものを想定している。即ち、信号処理部２４が、偏波回転回路７１、位相補償回路７２、スペクトル算出回路７３、スペクトル選択回路７４及び距離算出処理回路７５によって実現されるものを想定している。
偏波回転回路７１、位相補償回路７２、スペクトル算出回路７３、スペクトル選択回路７４及び距離算出処理回路７５のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

信号処理部２４の構成要素は、専用のハードウェアで実現されるものに限るものではなく、信号処理部２４が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
図５は、信号処理部２４がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
信号処理部２４がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、偏波回転部２５、位相補償部２６、スペクトル算出部２８、スペクトル選択部２９及び距離算出処理部３０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ８１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ８２がメモリ８１に格納されているプログラムを実行する。

また、図４では、信号処理部２４の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアで実現される例を示し、図５では、信号処理部２４がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される例を示しているが、信号処理部２４における一部の構成要素が専用のハードウェアで実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェアなどで実現されるものであってもよい。

図６は、光干渉部２１及びＯ／Ｅ変換部２２の内部を示す構成図である。
図６において、光カプラ２１ａは、光カプラ１３から出力された参照光を２つに分岐し、分岐後の一方の参照光を第１の９０°光ハイブリッド２１ｃに出力し、分岐後の他方の参照光を第２の９０°光ハイブリッド２１ｄに出力する。
ＰＢＳ２１ｂは、サーキュレータ１７から出力された反射光を、水平偏波の反射光と垂直偏波の反射光とに分離する偏光ビームスプリッタである。
ＰＢＳ２１ｂは、水平偏波の反射光を第１の９０°光ハイブリッド２１ｃに出力し、垂直偏波の反射光を第２の９０°光ハイブリッド２１ｄに出力する。

第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、ＰＢＳ２１ｂから出力された水平偏波の反射光と光カプラ２１ａから出力された参照光とを干渉させて、反射光と参照光との干渉光から水平偏波の第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ及び水平偏波の第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑをそれぞれ抽出する。
第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、第１の成分Ｐ_Ｈ，ＩをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ａ，２２ｂに出力する。
また、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、第２の成分Ｐ_Ｈ，ＱをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｃ，２２ｄに出力する。

第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、ＰＢＳ２１ｂから出力された垂直偏波の反射光と光カプラ２１ａから出力された参照光とを干渉させて、反射光と参照光との干渉光から垂直偏波の第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び垂直偏波の第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑをそれぞれ抽出する。
第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、第３の成分Ｐ_Ｖ，ＩをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｅ，２２ｆに出力する。
また、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、第４の成分Ｐ_Ｖ，ＱをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｇ，２２ｈに出力する。

ピンフォトダイオード２２ａ，２２ｂは、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃから出力された第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉと正比例する電流が流れる素子である。
ピンフォトダイオード２２ａとピンフォトダイオード２２ｂの接続点には、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
ピンフォトダイオード２２ｃ，２２ｄは、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃから出力された第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑと正比例する電流が流れる素子である。
ピンフォトダイオード２２ｃとピンフォトダイオード２２ｄの接続点には、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。

ピンフォトダイオード２２ｅ，２２ｆは、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄから出力された第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉと正比例する電流が流れる素子である。
ピンフォトダイオード２２ｅとピンフォトダイオード２２ｆの接続点には、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
ピンフォトダイオード２２ｇ，２２ｈは、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄから出力された第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑと正比例する電流が流れる素子である。
ピンフォトダイオード２２ｇとピンフォトダイオード２２ｈの接続点には、第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。

増幅器２２ｉは、ピンフォトダイオード２２ａとピンフォトダイオード２２ｂの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第１の成分Ｐ’_Ｈ，ＩをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。
増幅器２２ｊは、ピンフォトダイオード２２ｃとピンフォトダイオード２２ｄの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第２の成分Ｐ’_Ｈ，ＱをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

増幅器２２ｋは、ピンフォトダイオード２２ｅとピンフォトダイオード２２ｆの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第３の成分Ｐ’_Ｖ，ＩをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。
増幅器２２ｍは、ピンフォトダイオード２２ｇとピンフォトダイオード２２ｈの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第４の成分Ｐ’_Ｖ，ＱをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

図７は、偏波回転部２５の内部を示す構成図である。
図７において、複素信号出力部５１は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉと、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑとから複素信号ｅ_Ｈを構築する。
複素信号出力部５１は、複素信号ｅ_Ｈを第１の乗算回路５３及び第２の乗算回路５４のそれぞれに出力する。
複素信号出力部５２は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉと、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑとから複素信号ｅ_Ｖを構築する。
複素信号出力部５２は、複素信号ｅ_Ｖを第３の乗算回路５５及び第４の乗算回路５６のそれぞれに出力する。

第１の乗算回路５３は、複素信号出力部５１から出力された複素信号ｅ_Ｈに、制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｘｘを乗算することで、複素信号ｅ_Ｈの偏波角度を回転させて、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｈ１を第１の加算回路５７に出力する。
第２の乗算回路５４は、複素信号出力部５１から出力された複素信号ｅ_Ｈに、制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｙｘを乗算することで、複素信号ｅ_Ｈの偏波角度を回転させて、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｈ２を第２の加算回路５８に出力する。
第３の乗算回路５５は、複素信号出力部５２から出力された複素信号ｅ_Ｖに、制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｘｙを乗算することで、複素信号ｅ_Ｖの偏波角度を回転させて、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｖ１を第１の加算回路５７に出力する。
第４の乗算回路５６は、複素信号出力部５２から出力された複素信号ｅ_Ｖに、制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｙｙを乗算することで、複素信号ｅ_Ｖの偏波角度を回転させて、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｖ２を第２の加算回路５８に出力する。

第１の加算回路５７は、第１の乗算回路５３から出力された複素信号ｅ_Ｈ１と、第３の乗算回路５５から出力された複素信号ｅ_Ｖ１とを加算し、複素信号ｅ_Ｈ１と複素信号ｅ_Ｖ１の加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を制御回路５９に出力する。
第２の加算回路５８は、第２の乗算回路５４から出力された複素信号ｅ_Ｈ２と、第４の乗算回路５６から出力された複素信号ｅ_Ｖ２とを加算し、複素信号ｅ_Ｈ２と複素信号ｅ_Ｖ２の加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を制御回路５９に出力する。

制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になるように、係数ｈ＿ｘｘ、係数ｈ＿ｙｘ、係数ｈ＿ｘｙ及び係数ｈ＿ｙｙのそれぞれを調整する。
制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になると、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を水平成分Ｐ_Ｈとして位相補償部２６に出力する旨を示す制御信号を第１の加算回路５７に出力する。
また、制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になると、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を垂直成分Ｐ_Ｖとして位相補償部２６に出力する旨を示す制御信号を第２の加算回路５８に出力する。

図８は、位相補償部２６の内部を示す構成図である。
図８において、位相推定部６１は、偏波回転部２５から出力された水平成分Ｐ_Ｈと垂直成分Ｐ_Ｖとから複素信号ｅ_Ｈ，Ｖを構築する。
位相推定部６１は、例えば、ｍ乗法を用いて、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖに含まれているノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を推定する。
実施の形態１の光測距装置３では、位相偏移変調がＱＰＳＫであるとしているため、ｍ＝４である。したがって、位相推定部６１は、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相を４乗することで、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を推定することができる。
位相推定部６１は、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相から、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を減算し、位相減算後の複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖを第１の位相補償処理部６２及び第２の位相補償処理部６３のそれぞれに出力する。

第１の位相補償処理部６２は、位相推定部６１から出力された複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖにおける水平成分Ｐ’_Ｈをスペクトル算出部２８に出力する。
第２の位相補償処理部６３は、位相推定部６１から出力された複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖにおける垂直成分Ｐ’_Ｖをスペクトル算出部２８に出力する。

図９は、光測距装置３による距離の測定処理を示す説明図である。
図９は、光測距装置３が、３つの測定対象物１までの距離を測定する例を示している。
図９に例示されている３つの測定対象物１は、それぞれ位置Ｘ_１，Ｘ_２，Ｘ_３に存在しており、光測距装置３からの距離がそれぞれＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３である。Ｌ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３である。

次に、図２に示す光測距装置３の動作について説明する。
光出力部１０は、時間の経過に伴って周波数が変化する水平偏波の周波数掃引光を参照光として信号処理器２０に出力する。
また、光出力部１０は、周波数掃引光の偏波を多重し、水平偏波及び垂直偏波の周波数掃引光を光送受信部１６に出力する。
以下、光出力部１０による周波数掃引光の出力動作を具体的に説明する。

周波数変化信号発生器１１は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号として、鋸波信号をレーザ光源１２に出力する。
図１０は、鋸波信号の波形を示す説明図である。
鋸波信号は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する信号である。
鋸波信号の周波数は、最高周波数ｆ_ｍａｘに到達すると、一旦、最低周波数ｆ_ｍｉｎに戻ってから、再度、最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する。

レーザ光源１２は、周波数変化信号発生器１１から鋸波信号を受けると、時間の経過に伴う周波数の変化が、鋸波信号の周波数の変化に同期している水平偏波の周波数掃引光を光カプラ１３に出力する。
ここで、周波数掃引光の周波数は、鋸波信号の周波数と同じ周波数であってもよいが、一般的には、鋸波信号の周波数よりも高い周波数であり、周波数掃引光の周波数は、鋸波信号の周波数が上昇すれば、上昇し、鋸波信号の周波数が下降すれば、下降する。したがって、周波数掃引光の波形は、鋸波になる。
光カプラ１３は、レーザ光源１２から水平偏波の周波数掃引光を受けると、周波数掃引光を２分岐し、分岐後の一方の周波数掃引光を偏波多重部１５に出力し、分岐後の他方の周波数掃引光を参照光として光干渉部２１に出力する。

位相変調信号生成部１４は、周波数掃引光をＱＰＳＫによって位相変調するための位相変調信号を生成し、位相変調信号を偏波多重部１５に出力する。
偏波多重部１５は、光カプラ１３から水平偏波の周波数掃引光を受けると、水平偏波の周波数掃引光から垂直偏波の周波数掃引光を生成し、水平偏波の周波数掃引光と、垂直偏波の周波数掃引光とを多重化する。
偏波多重部１５は、位相変調信号生成部１４から出力された位相変調信号に従って、偏波多重化後の周波数掃引光を位相偏移変調し、位相偏移変調後の周波数掃引光をサーキュレータ１７に出力する。
サーキュレータ１７は、偏波多重部１５から出力された周波数掃引光をレンズ１８に出力する。

レンズ１８は、サーキュレータ１７から周波数掃引光を受けると、周波数掃引光を測定対象物１に向けて空間に放射する。
周波数掃引光は、レーザ光源１２における位相揺らぎなどの影響で波形が変化するため、測定対象物１に反射される際に偏波面が回転してしまうことがある。
レンズ１８は、測定対象物１に反射された周波数掃引光を反射光として集光し、反射光をサーキュレータ１７に出力する。
サーキュレータ１７は、レンズ１８から反射光を受けると、反射光を光干渉部２１に出力する。

光干渉部２１の光カプラ２１ａは、光カプラ１３から参照光を受けると、参照光を２つに分岐し、分岐後の一方の参照光を第１の９０°光ハイブリッド２１ｃに出力し、分岐後の他方の参照光を第２の９０°光ハイブリッド２１ｄに出力する。
ＰＢＳ２１ｂは、サーキュレータ１７から反射光を受けると、反射光を、水平偏波の反射光と垂直偏波の反射光とに分離する。
ＰＢＳ２１ｂは、水平偏波の反射光を第１の９０°光ハイブリッド２１ｃに出力し、垂直偏波の反射光を第２の９０°光ハイブリッド２１ｄに出力する。

第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、ＰＢＳ２１ｂから出力された水平偏波の反射光と光カプラ２１ａから出力された分岐後の一方の参照光とを干渉させる。
第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、水平偏波の反射光と参照光との干渉光から、水平偏波の第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉ及び水平偏波の第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑをそれぞれ抽出する。
第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、水平偏波の第１の成分Ｐ_Ｈ，ＩをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ａ，２２ｂに出力する。
また、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃは、水平偏波の第２の成分Ｐ_Ｈ，ＱをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｃ，２２ｄに出力する。

第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、ＰＢＳ２１ｂから出力された垂直偏波の反射光と光カプラ２１ａから出力された分岐後の他方の参照光とを干渉させる。
第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、垂直偏波の反射光と参照光との干渉光から、垂直偏波の第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑをそれぞれ抽出する。
第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、垂直偏波の第３の成分Ｐ_Ｖ，ＩをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｅ，２２ｆに出力する。
また、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄは、垂直偏波の第４の成分Ｐ_Ｖ，ＱをＯ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｇ，２２ｈに出力する。

Ｏ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ａ，２２ｂには、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃから出力された第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉと正比例する電流が流れる。
したがって、ピンフォトダイオード２２ａとピンフォトダイオード２２ｂの接続点には、第１の成分Ｐ_Ｈ，Ｉと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
増幅器２２ｉは、ピンフォトダイオード２２ａとピンフォトダイオード２２ｂの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第１の成分Ｐ’_Ｈ，ＩをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

Ｏ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｃ，２２ｄには、第１の９０°光ハイブリッド２１ｃから出力された第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑと正比例する電流が流れる。
したがって、ピンフォトダイオード２２ｃとピンフォトダイオード２２ｄの接続点には、第２の成分Ｐ_Ｈ，Ｑと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
増幅器２２ｊは、ピンフォトダイオード２２ｃとピンフォトダイオード２２ｄの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第２の成分Ｐ’_Ｈ，ＱをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

Ｏ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｅ，２２ｆには、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄから出力された第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉと正比例する電流が流れる。
したがって、ピンフォトダイオード２２ｅとピンフォトダイオード２２ｆの接続点には、第３の成分Ｐ_Ｖ，Ｉと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
増幅器２２ｋは、ピンフォトダイオード２２ｅとピンフォトダイオード２２ｆの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第３の成分Ｐ’_Ｖ，ＩをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

Ｏ／Ｅ変換部２２のピンフォトダイオード２２ｇ，２２ｈには、第２の９０°光ハイブリッド２１ｄから出力された第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑと正比例する電流が流れる。
したがって、ピンフォトダイオード２２ｇとピンフォトダイオード２２ｈの接続点には、第４の成分Ｐ_Ｖ，Ｑと正比例する電圧を有する電気信号が現れる。
増幅器２２ｍは、ピンフォトダイオード２２ｇとピンフォトダイオード２２ｈの接続点に現れている電気信号を増幅し、増幅後の電気信号である第４の成分Ｐ’_Ｖ，ＱをＡ／Ｄ変換部２３に出力する。

Ａ／Ｄ変換部２３は、Ｏ／Ｅ変換部２２から出力された第１の成分Ｐ’_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ’_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ’_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ’_Ｖ，Ｑのそれぞれをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
Ａ／Ｄ変換部２３は、デジタル信号である第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉ、第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑ、第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑのそれぞれを信号処理部２４の偏波回転部２５に出力する。

偏波回転部２５は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力された第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉ及び第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑを有する複素信号ｅ_Ｈを回転させることで、第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉを水平成分と一致させ、第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑを垂直成分と一致させる。
また、偏波回転部２５は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力された第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉ及び第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑを有する複素信号ｅ_Ｖを回転させることで、第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉを水平成分と一致させ、第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑを垂直成分と一致させる。
偏波回転部２５が、複素信号ｅ_Ｈを回転させることで、光の偏波面に回転が生じている場合でも、第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉが水平成分と一致し、第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑが垂直成分と一致するようになる。
また、偏波回転部２５が、複素信号ｅ_Ｖを回転させることで、光の偏波面に回転が生じている場合でも、第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉが水平成分と一致し、第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑが垂直成分と一致するようになる。

ただし、複素信号ｅ_Ｈにノイズ成分が含まれている場合には、偏波回転部２５が、複素信号ｅ_Ｈを回転させるだけでは、第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉが水平成分と一致せず、第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑが垂直成分と一致しない。
また、複素信号ｅ_Ｖにノイズ成分が含まれている場合には、偏波回転部２５が、複素信号ｅ_Ｖを回転させるだけでは、第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉが水平成分と一致せず、第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑが垂直成分と一致しない。
以下、偏波回転部２５による偏波回転処理を具体的に説明する。

複素信号出力部５１は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第１の成分Ｐ”_Ｈ，Ｉと、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第２の成分Ｐ”_Ｈ，Ｑとから複素信号ｅ_Ｈを構築する。
複素信号出力部５１は、複素信号ｅ_Ｈを第１の乗算回路５３及び第２の乗算回路５４のそれぞれに出力する。
複素信号出力部５２は、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第３の成分Ｐ”_Ｖ，Ｉと、Ａ／Ｄ変換部２３から出力されたデジタル信号である第４の成分Ｐ”_Ｖ，Ｑとから複素信号ｅ_Ｖを構築する。
複素信号出力部５２は、複素信号ｅ_Ｖを第３の乗算回路５５及び第４の乗算回路５６のそれぞれに出力する。

第１の乗算回路５３は、複素信号出力部５１から複素信号ｅ_Ｈを受けると、複素信号ｅ_Ｈに制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｘｘを乗算することで、複素信号ｅ_Ｈの偏波角度を回転させる。
第１の乗算回路５３は、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｈ１を第１の加算回路５７に出力する。
第２の乗算回路５４は、複素信号出力部５１から複素信号ｅ_Ｈを受けると、複素信号ｅ_Ｈに制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｙｘを乗算することで、複素信号ｅ_Ｈの偏波角度を回転させる。
第２の乗算回路５４は、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｈ２を第２の加算回路５８に出力する。

第３の乗算回路５５は、複素信号出力部５２から複素信号ｅ_Ｖを受けると、複素信号ｅ_Ｖに制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｘｙを乗算することで、複素信号ｅ_Ｖの偏波角度を回転させる。
第３の乗算回路５５は、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｖ１を第１の加算回路５７に出力する。
第４の乗算回路５６は、複素信号出力部５２から複素信号ｅ_Ｖを受けると、複素信号ｅ_Ｖに制御回路５９から出力された係数ｈ＿ｙｙを乗算することで、複素信号ｅ_Ｖの偏波角度を回転させる。
第４の乗算回路５６は、回転後の複素信号である複素信号ｅ_Ｖ２を第２の加算回路５８に出力する。

第１の加算回路５７は、第１の乗算回路５３から出力された複素信号ｅ_Ｈ１と、第３の乗算回路５５から出力された複素信号ｅ_Ｖ１とを加算し、複素信号ｅ_Ｈ１と複素信号ｅ_Ｖ１の加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を制御回路５９に出力する。
第２の加算回路５８は、第２の乗算回路５４から出力された複素信号ｅ_Ｈ２と、第４の乗算回路５６から出力された複素信号ｅ_Ｖ２とを加算し、複素信号ｅ_Ｈ２と複素信号ｅ_Ｖ２の加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を制御回路５９に出力する。

制御回路５９は、第１の加算回路５７から出力された加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}及び第２の加算回路５８から出力された加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}のそれぞれをフィードバック信号として取得する。
制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になるように、係数ｈ＿ｘｘ、係数ｈ＿ｙｘ、係数ｈ＿ｘｙ及び係数ｈ＿ｙｙのそれぞれを調整するフィードバック制御を行う。
制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になると、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を水平成分Ｐ_Ｈとして位相補償部２６に出力する旨を示す制御信号を第１の加算回路５７に出力する。
また、制御回路５９は、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}の偏波角度が０°になり、かつ、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}の偏波角度が９０°になると、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を垂直成分Ｐ_Ｖとして位相補償部２６に出力する旨を示す制御信号を第２の加算回路５８に出力する。

第１の加算回路５７は、制御回路５９から制御信号を受けると、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を水平成分Ｐ_Ｈとして位相補償部２６に出力する。
第２の加算回路５８は、制御回路５９から制御信号を受けると、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を垂直成分Ｐ_Ｖとして位相補償部２６に出力する。

ここでは、第１の加算回路５７が、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を水平成分Ｐ_Ｈとして位相補償部２６に出力しているが、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}に含まれているノイズ成分が無視できる程度に小さければ、位相補償部２６の位相補償処理は、不要である。したがって、第１の加算回路５７が、加算信号ｅ_{Ｈ１＋Ｖ１}を位相補償部２６に出力せずに、水平成分Ｐ_Ｈをスペクトル算出部２８に出力するようにしてもよい。
また、第２の加算回路５８が、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}を垂直成分Ｐ_Ｖとして位相補償部２６に出力しているが、加算信号ｅ_{Ｈ２＋Ｖ２}に含まれているノイズ成分が無視できる程度に小さければ、位相補償部２６の位相補償処理は、不要である。したがって、第２の加算回路５８が、垂直成分Ｐ_Ｖを位相補償部２６に出力せずに、垂直成分Ｐ_Ｖをスペクトル算出部２８に出力するようにしてもよい。

位相補償部２６は、偏波回転部２５から出力された水平成分Ｐ_Ｈと垂直成分Ｐ_Ｖとから構築される複素信号ｅ_Ｈ，Ｖに含まれているノイズ成分を除去する位相補償処理を実施する。ノイズ成分は、レーザ光源１２における位相揺らぎなどが考えられる。
複素信号ｅ_Ｈ，Ｖにノイズ成分が含まれている場合、水平成分Ｐ_Ｈの位相θ_Ｈは、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}の分だけ、０°からずれている。
また、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖにノイズ成分が含まれている場合、垂直成分Ｐ_Ｖの位相θ_Ｖは、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}の分だけ、９０°からずれている。
図１１は、位相補償部２６の位相補償処理を示す説明図である。
以下、図１１を参照しながら、位相補償部２６の位相補償処理を具体的に説明する。

まず、位相推定部６１は、偏波回転部２５から出力された水平成分Ｐ_Ｈと垂直成分Ｐ_Ｖとから複素信号ｅ_Ｈ，Ｖを構築する。
水平成分Ｐ_Ｈと垂直成分Ｐ_Ｖとから複素信号ｅ_Ｈ，Ｖを構築すること自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの真の位相は、以下の式（１）で表されるθ_{ｓｉｇｎａｌ}であるが、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相は、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を含んでいる場合、（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）である。

また、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの電力Ｗは、以下の式（２）に示すように、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）と比例する。

ｍ乗法を用いて、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相に含まれているノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を算出する場合、偏波多重部１５による位相偏移変調がＱＰＳＫであるため、ｍ乗法におけるｍは、４である。因みに、偏波多重部１５による位相偏移変調がＢＰＳＫであれば、ｍ乗法におけるｍは、２である。
したがって、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）を４乗した値は、４×θ_{ｎｏｉｓｅ}となる。
図１１は、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）を４乗することで、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの真の位相θ_{ｓｉｇｎａｌ}が消えて、４×θ_{ｎｏｉｓｅ}だけが残ることを示している。
なお、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの電力Ｗは、偏波多重部１５による位相偏移変調がＱＰＳＫであるため、以下の式（３）に示すように、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）を４乗した値とも比例する。

位相推定部６１は、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）を４乗することで、４×θ_{ｎｏｉｓｅ}を算出する。
次に、位相推定部６１は、４×θ_{ｎｏｉｓｅ}を１／４倍することで、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を算出する。

位相推定部６１は、以下の式（４）に示すように、複素信号ｅ_Ｈ，Ｖの位相（θ_{ｓｉｇｎａｌ}＋θ_{ｎｏｉｓｅ}）から、ノイズ成分の位相θ_{ｎｏｉｓｅ}を減算する。

位相推定部６１は、位相減算後の複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖを第１の位相補償処理部６２及び第２の位相補償処理部６３のうち、１つ以上の位相補償処理部に出力する。
第１の位相補償処理部６２は、位相推定部６１から複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖを受けると、複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖにおける水平成分Ｐ’_Ｈをスペクトル算出部２８に出力する。
第２の位相補償処理部６３は、位相推定部６１から複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖを受けると、複素信号ｅ’_Ｈ，Ｖにおける垂直成分Ｐ’_Ｖをスペクトル算出部２８に出力する。

スペクトル算出部２８は、偏波回転部２５から水平成分Ｐ’_Ｈを受けると、水平成分Ｐ’_Ｈをフーリエ変換することで、水平成分Ｐ’_Ｈの周波数スペクトルｆｓ_Ｈを算出する。
また、スペクトル算出部２８は、偏波回転部２５から垂直成分Ｐ’_Ｖを受けると、垂直成分Ｐ’_Ｖをフーリエ変換することで、垂直成分Ｐ’_Ｖの周波数スペクトルｆｓ_Ｖを算出する。
スペクトル算出部２８は、水平成分Ｐ’_Ｈの周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び垂直成分Ｐ’_Ｖの周波数スペクトルｆｓ_Ｖのそれぞれをスペクトル選択部２９に出力する。

スペクトル選択部２９は、スペクトル算出部２８から出力された周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び周波数スペクトルｆｓ_Ｖの中から、いずれか一方の周波数スペクトルを選択し、選択した周波数スペクトルを距離算出処理部３０に出力する。
即ち、スペクトル選択部２９は、周波数スペクトルｆｓ_Ｈに含まれているピークのスペクトルと、周波数スペクトルｆｓ_Ｖに含まれているピークのスペクトルとを比較し、ピークのスペクトルが大きい方の周波数スペクトルを選択する。
光干渉部２１に反射光が到達する時刻は、光干渉部２１に参照光が到達する時刻よりも遅れるため、光干渉部２１への反射光の到達時刻と、光干渉部２１への参照光の到達時刻との間に時刻差が生じる。
周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び周波数スペクトルｆｓ_Ｖには、上記の時刻差に対応する周波数差の成分が含まれており、周波数差は、測定対象物１までの距離と正比例する。周波数差は、反射光の周波数と参照光の周波数との差分である。
したがって、周波数スペクトルｆｓ_Ｈ及び周波数スペクトルｆｓ_Ｖの中のいずれの周波数スペクトルを選択しても、後段の距離算出処理部３０では、上記の時刻差に対応する周波数差の成分を算出することが可能である。しかし、ピークのスペクトルが大きい周波数スペクトルの方が、距離算出処理部３０における周波数差の算出精度が向上するため、スペクトル選択部２９は、ピークのスペクトルが大きい方の周波数スペクトルを選択している。

図９には、光測距装置３からの距離がＬ_１の測定対象物１と、距離がＬ_２の測定対象物１と、距離がＬ_３の測定対象物１とが例示されている。
図９の例では、光干渉部２１への反射光が、光測距装置３からの距離がＬ_１の測定対象物１に反射された反射光である場合、反射光の周波数と参照光の周波数との周波数差Δｆは、Δｆ_１である。光測距装置３からの距離がＬ_１の測定対象物１に反射された反射光は、走査（Ｘ_１）が示す時間帯での反射光である。
光干渉部２１への反射光が、光測距装置３からの距離がＬ_２の測定対象物１に反射された反射光である場合、周波数差Δｆは、Δｆ_２である。光測距装置３からの距離がＬ_２の測定対象物１に反射された反射光は、走査（Ｘ_２）が示す時間帯での反射光である。
光干渉部２１への反射光が、光測距装置３からの距離がＬ_３の測定対象物１に反射された反射光である場合、周波数差Δｆは、Δｆ_３である。光測距装置３からの距離がＬ_３の測定対象物１に反射された反射光は、走査（Ｘ_３）が示す時間帯での反射光である。Δｆ_１＜Δｆ_２＜Δｆ_３である。

距離算出処理部３０は、スペクトル選択部２９から周波数スペクトルを受けると、周波数スペクトルに含まれている周波数差Δｆを算出する。
距離算出処理部３０は、周波数差Δｆから、光測距装置３から測定対象物１までの距離Ｌを算出する。
周波数差Δｆから距離Ｌを算出する処理自体は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

以上の実施の形態１は、反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離し、第１の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第１及び第２の成分を抽出し、第２の偏波の反射光と参照光との干渉光から、互いに直交している第３及び第４の成分を抽出する光干渉部２１と、第１及び第２の成分を有する第１の複素信号の偏波角度と、第３及び第４の成分を有する第２の複素信号の偏波角度とを回転させることで、偏波の水平成分及び垂直成分のうちの１つ以上の成分を取得する偏波回転部２５を設け、距離算出部２７が、偏波回転部２５により取得された成分に基づいて、反射光の周波数と参照光の周波数との差分を算出し、差分から、測定対象物１までの距離を算出するように、光測距装置３を構成した。したがって、光測距装置３は、光の偏波面が回転している場合でも、測定対象物１までの距離を測定することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、測定対象物までの距離を算出する光測距装置に適している。
また、この発明は、光測距装置を備える加工装置に適している。

１ 測定対象物、２ 加工装置、３ 光測距装置、４ 加工部、１０ 光出力部、１１ 周波数変化信号発生器、１２ レーザ光源、１３ 光カプラ、１４ 位相変調信号生成部、１５ 偏波多重部、１６ 光送受信部、１７ サーキュレータ、１８ レンズ、２０ 信号処理器、２１ 光干渉部、２１ａ 光カプラ、２１ｂ ＰＢＳ、２１ｃ 第１の９０°光ハイブリッド、２１ｄ 第２の９０°光ハイブリッド、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈ ピンフォトダイオード、２２ｉ，２２ｊ，２２ｋ，２２ｍ 増幅器、５１，５２ 複素信号出力部、５３ 第１の乗算回路、５４ 第２の乗算回路、５５ 第３の乗算回路、５６ 第４の乗算回路、５７ 第１の加算回路、５８ 第２の加算回路、５９ 制御回路、６１ 位相推定部、６２ 第１の位相補償処理部、６３ 第２の位相補償処理部、７１ 偏波回転回路、７２ 位相補償回路、７３ スペクトル算出回路、７４ スペクトル選択回路、７５ 距離算出処理回路、８１ メモリ、８２ プロセッサ。

Claims (7)

1. 時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光の偏波を多重化するとともに、位相偏移変調し、互いに直交している第１及び第２の偏波の周波数掃引光を出力する光出力部と、
   前記第１及び第２の偏波の周波数掃引光を測定対象物に向けて照射し、前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信する光送受信部と、
   前記反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離し、前記第１の偏波の反射光と前記参照光との干渉光から、互いに直交している第１及び第２の成分を抽出し、前記第２の偏波の反射光と前記参照光との干渉光から、互いに直交している第３及び第４の成分を抽出する光干渉部と、
   前記第１及び第２の成分を有する第１の複素信号の偏波角度と、前記第３及び第４の成分を有する第２の複素信号の偏波角度とを回転させることで、偏波の水平成分及び垂直成分のうちの１つ以上の成分を取得する偏波回転部と、
   前記偏波回転部により取得された成分に基づいて、前記反射光の周波数と前記参照光の周波数との差分を算出し、前記差分から、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出部と
   を備えた光測距装置。
2. 前記距離算出部は、
   前記偏波回転部により水平成分が取得されていれば、前記水平成分の周波数スペクトルを算出し、前記偏波回転部により垂直成分が取得されていれば、前記垂直成分の周波数スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記スペクトル算出部により算出された周波数スペクトルに基づいて、前記反射光の周波数と前記参照光の周波数との差分を算出し、前記差分から、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出処理部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の光測距装置。
3. 前記偏波回転部は、前記水平成分及び前記垂直成分の双方を取得し、
   前記距離算出部は、
   前記偏波回転部により取得された水平成分の周波数スペクトルを算出するとともに、前記偏波回転部により取得された垂直成分の周波数スペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記スペクトル算出部により算出された水平成分の周波数スペクトル及び垂直成分の周波数スペクトルのうち、いずれか一方の周波数スペクトルを選択するスペクトル選択部と、
   前記スペクトル選択部により選択された周波数スペクトルに基づいて、前記反射光の周波数と前記参照光の周波数との差分を算出し、前記差分から、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出処理部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の光測距装置。
4. 前記偏波回転部は、前記水平成分及び前記垂直成分の双方を取得し、
   前記偏波回転部により取得された水平成分と前記偏波回転部により取得された垂直成分とから複素信号を構築し、前記複素信号の位相に含まれているノイズ成分の位相を除去する位相補償処理を実施し、位相補償処理後の複素信号における水平成分及び垂直成分のうち、１つ以上の成分を前記距離算出部に出力する位相補償部を備えたことを特徴とする請求項１記載の光測距装置。
5. 前記光干渉部は、
   前記光出力部から出力された参照光を２つに分岐する光カプラと、
   前記光送受信部により受信された反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタにより分離された第１の偏波の反射光と前記光カプラにより分岐された一方の参照光とから、前記第１及び第２の成分を抽出する第１の９０°光ハイブリッドと、
   前記偏光ビームスプリッタにより分離された第２の偏波の反射光と前記光カプラにより分岐された他方の参照光とから、前記第３及び第４の成分を抽出する第２の９０°光ハイブリッドとを備えていることを特徴とする請求項１記載の光測距装置。
6. 測定対象物までの距離を測定する光測距装置と、前記光測距装置により測定された距離に基づいて、前記測定対象物を加工する加工部とを備え、
   前記光測距装置は、
   時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光の偏波を多重化するとともに、位相偏移変調し、互いに直交している第１及び第２の偏波の周波数掃引光を出力する光出力部と、
   前記第１及び第２の偏波の周波数掃引光を測定対象物に向けて照射し、前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信する光送受信部と、
   前記反射光を第１の偏波の反射光と第２の偏波の反射光とに分離し、前記第１の偏波の反射光と前記参照光との干渉光から、互いに直交している第１及び第２の成分を抽出し、前記第２の偏波の反射光と前記参照光との干渉光から、互いに直交している第３及び第４の成分を抽出する光干渉部と、
   前記第１及び第２の成分を有する第１の複素信号の偏波角度と、前記第３及び第４の成分を有する第２の複素信号の偏波角度とを回転させることで、偏波の水平成分及び垂直成分のうちの１つ以上の成分を取得する偏波回転部と、
   前記偏波回転部により取得された成分に基づいて、前記反射光の周波数と前記参照光の周波数との差分を算出し、前記差分から、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出部と
   を備えていることを特徴とする加工装置。
7. 前記光測距装置により測定された距離に基づいて、前記光測距装置を検査する検査部を備えていることを特徴とする請求項６記載の加工装置。

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