JP7350217B2 - 光センサ装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光センサ装置に関する。
波長走査干渉方式を採用した波長掃引型光干渉断層計（ＳＳ－ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ － ＯＣＴ）は、時間の経過とともに周波数が変化する波長掃引光を信号光及び参照光に分岐する。ＳＳ－ＯＣＴは、分岐した信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された信号光を受信し、受信した信号光を、分岐した参照光と干渉させ、干渉光を発生させることによりビート信号を取得する。ＳＳ－ＯＣＴは、取得したビート信号の周波数を測定することにより、光源から測定対象までの距離を測定する。
上記のようなＳＳ－ＯＣＴが光の周波数を広帯域に掃引した場合、波長掃引光の周波数の時間変化が理想的な線形性を示さず、非線形性を示すため、上述の距離分解能が劣化してしまう。そこで、特許文献１に記載の光学的距離測定装置は、このような波長掃引光の非線形性を補償する。より詳細には、当該光学的距離測定装置は、周波数変調波形が既知のレーザ光源を用い、ビート信号に対して、デジタル信号処理により既知の周波数変調波形を基に回帰分析を行うことによって、波長掃引光の非線形性を補償する。
国際公開第２０１８／２３０４７４号公報
しかしながら、特許文献１の方法では、波長掃引光の非線形性を補償するための回帰分析が測定毎に必要であり、信号処理負荷が大きくなってしまうという問題がある。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、波長掃引光の非線形性を補償することによって生じる信号処理負荷を軽減させる技術を提供する。
本開示に係る光センサ装置は、時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源と、波長掃引光源１が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器と、光分岐器が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッドと、光分岐器が分岐させた局発光、及び光センサヘッドが受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器と、光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、アナログデジタルコンバータの第１のクロック信号を生成する第１のデジタルアナログコンバータと、アナログデジタルコンバータの第２のクロック信号を生成するフェーズロックドループと、アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置と、を備え、光ヘテロダイン受信器は、光分岐器が分岐させた局発光と、光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、アナログデジタルコンバータは、光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、信号処理装置は、アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、波長掃引光源が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、第１のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、アナログデジタルコンバータは、第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングするか、または、フェーズロックドループが生成した第２のクロック信号に同期して、光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングする。
本開示によれば、波長掃引光の非線形性を補償することによって生じる信号処理負荷を軽減させる。
実施の形態１に係る光センサ装置の構成を示すブロック図である。 波長掃引光の周波数が線形性を示す場合の光センサによる信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 非線形性を補償しない場合の光センサ装置による信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態１に係る光センサ装置による、内部反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態１に係る光センサ装置による、反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態２に係る光センサ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る光センサ装置による、内部反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態２に係る光センサ装置による、反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態３に係る光センサ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る光センサ装置による、受信信号と内部受信信号とを分離する方法の具体例を説明するためのグラフである。 実施の形態４に係る光センサ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４の具体例における、光ヘテロダイン受信器が局発光及び内部反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した内部受信信号の周波数の時間変化を示すグラフである。 図１３Ａは、実施の形態１－４に係る信号処理装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１３Ｂは、実施の形態１－４に係る信号処理装置の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
以下、本開示をより詳細に説明するため、本開示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に係る光センサ装置１０００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、光センサ装置１０００は、波長掃引光源１、光分岐器２、光サーキュレータ３、参照反射点４、光センサヘッド５、光ヘテロダイン受信器６、アナログデジタルコンバータ７（ＡＤＣ）、デジタルアナログコンバータ８（ＤＡＣ）（第１のデジタルアナログコンバータ）、信号処理装置９、基準クロック１０、分岐器１１、フェーズロックドループ１２（ＰＬＬ）、及びスイッチ１３を備えている。
波長掃引光源１は、時間の経過とともに周波数が変化する光（波長掃引光）を光分岐器２に出力する。つまり、波長掃引光源１は、周波数掃引（波長掃引）を行う。換言すれば、波長掃引光源１は、時間の経過とともに波長が変化する光を光分岐器２に出力する。
例えば、波長掃引光源１として、共振器長を制御することにより波長制御可能なレーザ光源、又は、注入電流量により波長が変化するレーザ光源等が使用可能である。例えば、波長掃引光源１は、周波数掃引を行うことにより、連続三角波的なアップチャープ及びダウンチャープを交互に繰返す光を出力してもよいし、鋸波的なアップチャープを繰返す光を出力してもよいし、又は鋸波的なダウンチャープを繰返す光を出力してもよいし、パルス化されたアップチャープ又はダウンチャープのチャープパルス信号を出力してもよい。
光分岐器２は、波長掃引光源が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる。光分岐器２は、分岐させた信号光を光サーキュレータ３に出力し、分岐させた局発光を光ヘテロダイン受信器６に出力する（図１の２２）。
光サーキュレータ３は、光分岐器２が分岐させた信号光を参照反射点４に出力する。
参照反射点４は、光分岐器２が分岐させた信号光を部分的に反射することにより内部反射する。より詳細には、実施の形態１では、参照反射点４は、光サーキュレータ３が出力した信号光を部分的に反射することにより内部反射する。参照反射点４によって内部反射された内部反射光は、光サーキュレータ３を介して、光ヘテロダイン受信器６に出力される。参照反射点４を通過した信号光は、光センサヘッド５に出力される。参照反射点４の例として、部分反射ミラー、又はコネクタ端面が挙げられる。
光センサヘッド５は、光分岐器２が分岐させた信号光（図１の５１）を測定対象９９９に向かって出射し、測定対象９９９によって反射された反射光（図１の５１）を受信する。より詳細には、実施の形態１では、光センサヘッド５は、参照反射点４を通過した信号光（図１の５１）を測定対象９９９に向かって出射し、測定対象９９９によって反射された反射光（図１の５１）を受信する。光センサヘッド５は、受信した反射光を、参照反射点４及び光サーキュレータ３を介して光ヘテロダイン受信器６に出力する（図１の３１）。
なお、光サーキュレータ３は、上記のように、光分岐器２側から入力された信号光（図１の２１）を参照反射点４に出力し、参照反射点４側から入力された反射光又は内部反射光（図１の３１）を光ヘテロダイン受信器６に出力する。
光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光（図１の２２）、及び光センサヘッド５が受信した反射光（図１の３１）を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号（ビート信号）を取得する。つまり、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光（図１の２２）、及び光センサヘッド５が受信した反射光（図１の３１）に対してヘテロダイン処理を行う。なお、光ヘテロダイン受信器６は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を用いて、合波した光を光電変換する。
一方で、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光（図１の２２）と、光分岐器２が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光（図１の３１）とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得する。より詳細には、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光（図１の２２）と、参照反射点４によって反射された内部反射光（図１の３１）とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得する。光ヘテロダイン受信器６は、取得した受信信号及び内部受信信号（図１の６１）をそれぞれアナログデジタルコンバータ７に出力する。
基準クロック１０は、基準クロック信号を生成する。基準クロック１０は、生成した基準クロック信号を分岐器１１に出力する。分岐器１１は、基準クロック１０が生成した基準クロック信号を信号処理装置９とフェーズロックドループ１２とに分岐する。
フェーズロックドループ１２（ＰＬＬ）は、アナログデジタルコンバータ７の第２のクロック信号を生成する。より詳細には、実施の形態１では、フェーズロックドループ１２は、分岐器１１が分岐した基準クロック信号に同期して、アナログデジタルコンバータ７の第２のクロック信号を生成する。フェーズロックドループ１２は、生成した第２のクロック信号（図１の１２１）をデジタルアナログコンバータ８に出力し、また、生成した第２のクロック信号（図１の１２２）をスイッチ１３に出力する。
デジタルアナログコンバータ８（ＤＡＣ）は、アナログデジタルコンバータ７の第１のクロック信号を生成する。より詳細には、デジタルアナログコンバータ８は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、アナログデジタルコンバータ７の第１のクロック信号を生成する。デジタルアナログコンバータ８は、生成した第１のクロック信号（図１の８１）をスイッチ１３に出力する。第１のクロック信号の詳細については後述する。
なお、上記のように、実施の形態１では、デジタルアナログコンバータ８が、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、アナログデジタルコンバータ７の第１のクロック信号を生成する構成について説明する。しかし、光センサ装置１０００は、別途、クロックを生成する回路をさらに備えていてもよく、デジタルアナログコンバータ８は、当該回路が生成したクロックに同期して、アナログデジタルコンバータ７の第１のクロック信号を生成してもよい。つまり、第１のクロック信号の周波数と第２のクロック信号の周波数とは、同期している必要はない。
スイッチ１３は、アナログデジタルコンバータ７のクロック信号を、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１のクロック信号、又はフェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号の何れか一方に切り替える。例えば、光センサ装置１０００が後述する第１の周波数変動基準信号データを取得する際には、スイッチ１３は、アナログデジタルコンバータ７のクロック信号を、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に切り替える。例えば、光センサ装置１０００が後述する測定対象９９９に関する測定データを取得する際には、スイッチ１３は、アナログデジタルコンバータ７のクロック信号を、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１のクロック信号に切り替える。
アナログデジタルコンバータ７は、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換する。より詳細には、実施の形態１では、アナログデジタルコンバータ７は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号をサンプリングする。さらに詳細には、実施の形態１では、アナログデジタルコンバータ７は、スイッチ１３が切り替えた第２のクロック信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号をサンプリングする。アナログデジタルコンバータ７は、デジタル信号に変換した内部受信信号（図１の７１）を信号処理装置９に出力する。
信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、波長掃引光源１が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データを算出する。
より詳細には、実施の形態１では、信号処理装置９は、分岐器１１が分岐した基準クロック信号に同期して、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第１の周波数変動基準信号データを算出する。信号処理装置９は、算出した第１の周波数変動基準信号データをデジタルアナログコンバータ８に出力する（図１の９１）。より詳細には、信号処理装置９は、算出した第１の周波数変動基準信号データを図示しないメモリに格納し、当該メモリが、格納された第１の周波数変動基準信号データをデジタルアナログコンバータ８に出力する。第１の周波数変動基準信号データの詳細については後述する。
デジタルアナログコンバータ８は、信号処理装置９が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、上述の第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成する。より詳細には、実施の形態１では、デジタルアナログコンバータ８は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、信号処理装置９が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、上述の第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成する。デジタルアナログコンバータ８は、生成した第１の周波数変動基準信号をスイッチ１３に出力する。
アナログデジタルコンバータ７（ＡＤＣ）は、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換する。より詳細には、アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングする。さらに詳細には、実施の形態１では、アナログデジタルコンバータ７は、スイッチ１３が切り替えた第１の周波数変動基準信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングする。アナログデジタルコンバータ７は、デジタル信号に変換した受信信号（図１の７１）を信号処理装置９に出力する。
信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、測定対象９９９に関する測定データを算出する。信号処理装置９は、算出した測定データを外部に出力する（図１の９２）。図示しないが、光センサ装置１０００は、算出した測定データを画像として表示する表示装置をさらに備えていてもよい。信号処理装置９が算出する測定データの例として、光センサ装置１０００から測定対象９９９までの距離を示す情報、又は測定対象９９９の位置を示す情報等が挙げられる。
以下で、実施の形態１に係る光センサ装置１０００による、波長掃引光の非線形性を補償する方法の具体例について図面を参照して説明する。まず、比較対照のために、波長掃引光の周波数が線形性を示す場合の例について説明する。図２は、波長掃引光の周波数が線形性を示す場合の光センサ装置１０００による信号処理の具体例を説明するためのグラフである。つまり、当該具体例では、波長掃引光源１が、線形性を示す波長掃引光（例えば、線形なアップチャープ等）を出力する。
図２の（ａ）は、光分岐器２が分岐した局発光の周波数の時間変化（破線）と、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信した反射光の周波数の時間変化（実線）とを示すグラフである。図２の（ｂ）は、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した受信信号（差ビートＡ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化を示すグラフである。図２の（ｃ）は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した受信信号を信号処理装置９が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した結果である周波数スペクトルを示すグラフである。
当該具体例のように、波長掃引光源１が出力した波長掃引光の周波数が理想的な線形性を示す場合には、図２の（ａ）が示すように、局発光と、測定対象９９９によって反射された反射光との間の時間遅延Ａは一定となり、図２の（ｂ）が示すように、それらを合波することにより得られたビート信号である差ビートＡの周波数も一定となる。従って、図２の（ｃ）が示すように、差ビートＡに基づいた周波数スペクトルは、特定の周波数において鋭いピークを示す。これにより、信号処理装置９は、当該特定の周波数が含まれるＦＦＴ ｂｉｎ番号に基づいて、測定対象の位置情報を算出することができる。
次に、比較対照のために、波長掃引光の周波数が非線形性を示すが、光センサ装置１０００が非線形性を補償しない場合の例について説明する。図３は、非線形性を補償しない場合の光センサ装置１０００による信号処理の具体例を説明するためのグラフである。つまり、当該具体例では、波長掃引光源１が、非線形性を示す波長掃引光（例えば、線形なアップチャープ等）を出力する。また、当該具体例では、アナログデジタルコンバータ７は、上述のように、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期せずに、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングしたものとする。
図３の（ａ）は、当該具体例における、光分岐器２が分岐した局発光の周波数の時間変化（破線）と、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信した反射光の周波数の時間変化（実線）とを示すグラフである。図３の（ｂ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した受信信号（差ビートＡ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化を示すグラフである。図３の（ｃ）は、当該具体例における、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した受信信号を信号処理装置９が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した結果である周波数スペクトルを示すグラフである。
当該具体例のように、波長掃引光源１が出力した波長掃引光の周波数が非線形性を示す場合には、図３の（ａ）が示すように、局発光の周波数と、測定対象９９９によって反射された反射光の周波数とは、それぞれ、曲線を示し、局発光と、測定対象９９９によって反射された反射光との間の時間遅延Ａは、時間の経過とともに変化する。そのため、図３の（ｂ）が示すように、それらを合波することにより得られたビート信号である差ビートＡの周波数も時間の経過とともに変化する。従って、図３の（ｃ）が示すように、差ビートＡに基づいた周波数スペクトルは、周波数軸方向に広がってしまい、測定対象の位置測定の分解能が低下してしまう。
次に、実施の形態１に係る光センサ装置１０００による信号処理の具体例について説明する。つまり、波長掃引光の周波数が非線形性を示し、光センサ装置１０００が非線形性を補償する構成の具体例について説明する。
まずは、測定対象９９９から反射された反射光を遮断した状態で、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光と、参照反射点４によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号を取得する。アナログデジタルコンバータ７は、スイッチ１３が切り替えた第２のクロック信号（フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号）に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換する。
信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第１の周波数変動基準信号データを算出し、図示しないメモリに格納する。例えば、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号をヒルベルト変換することにより、当該内部受信信号の瞬時周波数を算出し、算出した瞬時周波数を逓倍することにより、第１の周波数変動基準信号データを算出する。より具体的には、例えば、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号をヒルベルト変換することにより、当該内部受信信号の瞬時周波数ｆｒｅｆ（ｔ）を算出し、算出した瞬時周波数ｆｒｅｆ（ｔ）をＫ逓倍することにより、周波数成分Ｋｆｒｅｆ（ｔ）の第１の周波数変動基準信号データを算出する。なお、ここにおけるＫは、正の整数である。
デジタルアナログコンバータ８は、信号処理装置９が算出し、図示しないメモリに格納した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成する。
当該具体例では、アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した上述の内部受信信号及び上述の受信信号をそれぞれサンプリングすることによりそれぞれデジタル信号に変換する。なお、ここにおける内部受信信号は、光ヘテロダイン受信器６が再度取得したものである。また、ここにおける受信信号は、上述のように、光ヘテロダイン受信器６が、光分岐器２が分岐させた局発光、及び光センサヘッド５が受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号として取得したものである。
当該具体例では、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号及び受信信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。
図４は、実施の形態１に係る光センサ装置１０００による、内部反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。図４の（ａ）は、当該具体例における、光分岐器２が分岐した局発光の周波数の時間変化（破線）と、参照反射点４によって反射された内部反射光の周波数の時間変化（点線）とを示すグラフである。
図４の（ｂ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び内部反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した内部受信信号（差ビートＢ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（点線）を示すグラフである。なお、図４の（ｂ）の一点鎖線は、第１の周波数変動基準信号を示す。
図４の（ｃ）は、当該具体例における、信号処理装置９が内部受信信号を高速フーリエ変換した結果である周波数スペクトル（破線）を示すグラフである。なお、ここにおける内部受信信号は、光ヘテロダイン受信器６が再度取得し、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期してサンプリングすることによりデジタル信号に変換したものである。また、図４の（ｃ）の点線は、アナログデジタルコンバータ７が上述のフェーズロックドループ１２の第２のクロック信号に同期して内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換した場合の周波数スペクトルを示す。
図４の（ａ）が示すように、局発光の周波数と、参照反射点４によって反射された内部反射光の周波数とは、それぞれ、曲線を示し、局発光と内部反射光との間の時間遅延Ｂは時間の経過とともに変化する。そのため、図４の（ｂ）の点線が示すように、それらを合波することにより得られたビート信号である差ビートＢの周波数も、図３の（ｂ）の差ビートＡと同様に、時間の経過とともに変化する。しかし、当該具体例では、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期して内部受信信号をサンプリングすることにより、波長掃引光の非線形性が補償されるため、図４の（ｃ）の破線が示すように、スペクトルの広がりが抑制される。
図５は、実施の形態１に係る光センサ装置１０００による、反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。図５の（ａ）は、当該具体例における、光分岐器２が分岐した局発光の周波数の時間変化（破線）と、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信した反射光の周波数の時間変化（実線）とを示すグラフである。
図５の（ｂ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した受信信号（差ビートＡ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（実線）を示すグラフである。なお、図５の（ｂ）の一点鎖線は、第１の周波数変動基準信号を示す。
図５の（ｃ）は、当該具体例における、信号処理装置９が受信信号を高速フーリエ変換した結果である周波数スペクトル（破線）を示すグラフである。ここにおける受信信号は、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期してサンプリングすることによりデジタル信号に変換したものである。また、図５の（ｃ）の実線は、アナログデジタルコンバータ７が上述のフェーズロックドループ１２の第２のクロック信号に同期して受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換した場合の周波数スペクトルを示す。
図５の（ａ）が示すように、局発光の周波数と、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信した反射光の周波数とは、それぞれ、曲線を示し、局発光と反射光との間の時間遅延Ａは時間の経過とともに変化する。そのため、図５の（ｂ）の実線が示すように、それらを合波することにより得られたビート信号である差ビートＡの周波数も、時間の経過とともに変化する。しかし、当該具体例では、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期して受信信号をサンプリングすることにより、波長掃引光の非線形性が補償されるため、図５の（ｃ）の破線が示すように、スペクトルの広がりが抑制される。これにより、信号処理装置９は、ＦＦＴ ｂｉｎ番号に基づいて、測定対象の位置情報を算出することができる。
上記のように、実施の形態１では、内部反射光に基づいて予め算出した第１の周波数変動基準信号データを基準にしてサンプリングを行う構成を採用することにより、簡便であり且つ測定時の信号処理負荷が低減された高精度な光センサ装置１０００を実現することができる。
以上のように、実施の形態１に係る光センサ装置１０００は、時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源１と、波長掃引光源１が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器２と、光分岐器２が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッド５と、光分岐器２が分岐させた局発光、及び光センサヘッド５が受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器６と、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ７と、アナログデジタルコンバータ７の第１のクロック信号を生成するデジタルアナログコンバータ８と、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置９と、を備え、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光と、光分岐器２が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、アナログデジタルコンバータ７は、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、波長掃引光源１が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、デジタルアナログコンバータ８は、信号処理装置９が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号をサンプリングする。
上記の構成によれば、内部受信信号に由来する第１の周波数変動基準信号に同期して、測定対象からの反射光に由来する受信信号をサンプリングすることにより、波長掃引光の非線形性を補償することができる。これにより、測定毎に、波長掃引光の非線形性を補償するための信号処理が不要になるため、信号処理波長掃引光の非線形性を補償することによって生じる信号処理負荷を軽減させることができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、波長掃引光源１が出力する波長掃引光の波形が変化しない構成について説明した。しかし、波長掃引光の波形が変化する場合、測定対象の位置測定の分解能が低下してしまう。そこで、実施の形態２では、波形が変化する波長掃引光の非線形性を補償する構成について説明する。
以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図６は、実施の形態２に係る光センサ装置１００１の構成を示すブロック図である。図６が示すように、光センサ装置１００１は、実施の形態１に係る光センサ装置１０００の構成に加えて、デジタルアナログコンバータ１４（第２のＤＡＣ）（第２のデジタルアナログコンバータ）、周波数位相比較器１５、ループフィルタ１６、及び第２の分岐器１７（分岐器）をさらに備えている。なお、実施の形態２では、上述の通り、波長掃引光源１が出力する波長掃引光の波形は、変化するものとする。
第２の分岐器１７は、光ヘテロダイン受信器６が取得した内部受信信号を、周波数位相比較器１５とアナログデジタルコンバータ７とに分岐させる。なお、ここにおける内部受信信号は、上述の通り、光ヘテロダイン受信器６が、光分岐器２が分岐させた局発光と、参照反射点４によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号として取得したものである。実施の形態２では、測定対象９９９からの反射光を遮断した状態で、光ヘテロダイン受信器６が内部受信信号を取得する。
アナログデジタルコンバータ７は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、第２の分岐器１７が分岐させた内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換する。アナログデジタルコンバータ７は、デジタル信号に変換した内部受信信号を信号処理装置９に出力する。
信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第２の周波数変動基準信号データをさらに算出する。より詳細には、実施の形態２では、信号処理装置９は、分岐器１１が分岐させた基準クロック信号に同期して、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第２の周波数変動基準信号データをさらに算出する。信号処理装置９は、算出した第２の周波数変動基準信号データをデジタルアナログコンバータ１４に出力する（図６の９３）。より詳細には、実施の形態２では、信号処理装置９は、算出した第２の周波数変動基準信号データを図示しないメモリに格納し、当該メモリが、格納された第２の周波数変動基準信号データをデジタルアナログコンバータ１４に出力する。
第２の周波数変動基準信号データは、例えば、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号そのものであってもよい。または、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号から不要な周波数成分を除去することにより、第２の周波数変動基準信号データを算出してもよい。
デジタルアナログコンバータ１４は、信号処理装置９が算出した第２の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第２の周波数変動基準信号を生成する。より詳細には、実施の形態２では、デジタルアナログコンバータ１４は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号に同期して、信号処理装置９が算出した第２の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第２の周波数変動基準信号を生成する。デジタルアナログコンバータ１４は、生成した第２の周波数変動基準信号を周波数位相比較器１５に出力する（図１の１４１）。
周波数位相比較器１５は、第２の分岐器１７が分岐した内部受信信号と、デジタルアナログコンバータ１４が生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成する。周波数位相比較器１５は、生成した誤差信号をループフィルタ１６に出力する。
ループフィルタ１６は、周波数位相比較器１５が生成した誤差信号を積分することにより制御信号を生成する。ループフィルタ１６は、生成した制御信号を波長掃引光源１に出力する。
波長掃引光源１は、ループフィルタ１６が生成した制御信号に基づいて、出力する光の周波数を調整する。
以下で、実施の形態２に係る光センサ装置１００１による、波長掃引光の非線形性を補償する方法の具体例について図面を参照して説明する。図７は、実施の形態２に係る光センサ装置１００１による、内部反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。図７の（ａ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び内部反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した内部受信信号（差ビートＢ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（点線）を示すグラフである。図７の（ａ）の破線は、デジタルアナログコンバータ１４が生成した第２の周波数変動基準信号を示す。
図７の（ａ）の点線が示すように、波長掃引光源１が掃引する毎に波長掃引光の波形が変化するため、差ビートＢの瞬時周波数を描く曲線が変化する。そこで、ある掃引時に、周波数位相比較器１５は、上述のように、第２の分岐器１７が分岐した内部受信信号である差ビートＢと、デジタルアナログコンバータ１４が生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成する。ループフィルタ１６は、周波数位相比較器１５が生成した誤差信号を積分することにより制御信号を生成する。波長掃引光源１は、ループフィルタ１６が生成した制御信号に基づいて、出力する光の周波数を調整することにより、出力する波長掃引光の周波数及び位相を、第２の反射点周波数変動信号と同じ周波数及び位相に収束させる。このような収束動作により、波長掃引光の非線形性の再現性が向上する。
図７の（ｂ）は、当該具体例における、信号処理装置９が内部受信信号を高速フーリエ変換した結果である周波数スペクトル（実線）を示すグラフである。なお、ここにおける内部受信信号は、波長掃引光源１が、ループフィルタ１６が生成した制御信号に基づいて周波数を調整した波長掃引光に由来する内部受信信号を光ヘテロダイン受信器６が取得し、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期してサンプリングすることによりデジタル信号に変換したものである。また、図７の（ｂ）の点線は、アナログデジタルコンバータ７が上述のフェーズロックドループ１２の第２のクロック信号に同期して内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換した場合の周波数スペクトルを示す。また、図７の（ｂ）の破線は、波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整しなかった場合の周波数スペクトルを示す。
波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整しなかった場合、波形が変化する波長掃引光の非線形性が補償されないため、図７の（ｂ）の破線が示すように、差ビートＢのスペクトルが周波数軸方向に広がってしまう。一方で、波長掃引光源１が上述のように波長掃引光の周波数を調整した場合、波形が変化する波長掃引光の非線形性が補償されるため、図７の（ｂ）の実線が示すように、差ビートＢのスペクトルの広がりが抑制される。
図８は、実施の形態２に係る光センサ装置１００１による、反射光に対する信号処理の具体例を説明するためのグラフである。図８の（ａ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した受信信号（差ビートＡ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（破線）を示すグラフである。図８の（ａ）の点線は、波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整しなかった場合における差ビートＡの周波数の時間変化を示すグラフである。図８の（ａ）の一点鎖線は、第１の周波数変動基準信号を示す。
図８の（ａ）の点線が示すように、波長掃引光源１が掃引する毎に波長掃引光の波形が変化するため、差ビートＡの瞬時周波数を描く曲線が変化する。そこで、上述の手段により波長掃引光源１が出力する光の周波数を調整することにより、波長掃引光の周波数及び位相を、第２の反射点周波数変動信号と同じ周波数及び位相に収束させる。これにより、図８の（ａ）の破線が示すように、差ビートＡの瞬時周波数も収束し、掃引毎の変動幅が小さくなる。
図８の（ｂ）は、当該具体例における、信号処理装置９が受信信号を高速フーリエ変換した結果である周波数スペクトル（内側の実線）を示すグラフである。なお、ここにおける受信信号は、波長掃引光源１が、ループフィルタ１６が生成した制御信号に基づいて周波数を調整した波長掃引光に由来する受信信号を光ヘテロダイン受信器６が取得し、アナログデジタルコンバータ７が上述の第１の周波数変動基準信号に同期してサンプリングすることによりデジタル信号に変換したものである。また、図８の（ｂ）の外側の実線は、アナログデジタルコンバータ７が上述のフェーズロックドループ１２の第２のクロック信号に同期して受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換した場合の周波数スペクトルを示す。また、図８の（ｂ）の破線は、波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整しなかった場合の周波数スペクトルを示す。
波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整しなかった場合、波形が変化する波長掃引光の非線形性が補償されないため、図８の（ｂ）の破線が示すように、差ビートＡのスペクトルが周波数軸方向に広がってしまう。一方で、波長掃引光源１が上述のように波長掃引光の周波数を調整した場合、波形が変化する波長掃引光の非線形性が補償されるため、図８の（ｂ）の内側の実線が示すように、差ビートＡのスペクトルの広がりが抑制される。これにより、信号処理装置９は、ＦＦＴ ｂｉｎ番号に基づいて、測定対象の位置情報を算出することができる。
上記のように、実施の形態２では、波形が変化する波長掃引光の非線形性を補償するための追加の干渉計を用いることなく、センサ分解能を向上させることができる。また、環境変動等による波長掃引光の非線形性、及び掃引周波数幅の変化による測定データのドリフトを抑制することができ、例えば、複数回の測定データを平均化することにより、測定精度の向上を図ることができる。
実施の形態３．
実施の形態３では、測定対象９９９によって反射された反射光に由来する受信信号と、参照反射点４によって反射された内部反射光に由来する内部受信信号とを分離する構成について説明する。
以下で、実施の形態３について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１又は実施の形態２で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図９は、実施の形態３に係る光センサ装置１００２の構成を示すブロック図である。図９が示すように、光センサ装置１００２は、実施の形態２に係る光センサ装置１００１の構成に加えて、光周波数シフタ１８、シフト周波数発振器１９、第３の分岐器２０、ローパスフィルタ２０１（第１のフィルタ）、ハイパスフィルタ２０２（第２のフィルタ）、２逓倍器２０３、及び周波数ミキサ２０４を備えている。光周波数シフタ１８は、参照反射点４と光センサヘッド５の間に設置されている。ローパスフィルタ２０１は、第２の分岐器１７と周波数位相比較器１５との間に設置されている。ハイパスフィルタ２０２及び周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７とアナログデジタルコンバータ７との間に設置されている。
シフト周波数発振器１９は、周波数シフトを行うための周波数シフト信号を第３の分岐器２０に出力する。
第３の分岐器２０は、シフト周波数発振器１９が出力した周波数シフト信号を、光周波数シフタ１８と２逓倍器２０３とに分岐させる。
２逓倍器２０３は、第３の分岐器２０が分岐させた周波数シフト信号を２逓倍する。２逓倍器２０３は、２逓倍した周波数シフト信号を周波数ミキサ２０４に出力する。
光周波数シフタ１８は、参照反射点４を通過した信号光を周波数シフトさせる。より詳細には、実施の形態３では、光周波数シフタ１８は、第３の分岐器２０が分岐させた周波数シフト信号に基づいて、参照反射点４を通過した信号光を周波数シフトさせる。さらに詳細には、実施の形態３では、光周波数シフタ１８は、参照反射点４を通過した信号光の周波数をダウンシフトさせる。光周波数シフタ１８は、周波数シフト（ダウンシフト）させた信号光を光センサヘッド５に出力する。
光周波数シフタ１８として、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いることができる。その場合、シフト周波数発振器１９が出力する周波数シフト信号の波形は、ｓｉｎ波形である。例えば、光周波数シフタ１８として、参照反射点４を通過した信号光に対して線形な位相チャープを与えることによりセロダイン変調を与えるＬｉＮｂＯ３位相変調器を用いることができる。その場合、シフト周波数発振器１９が出力する周波数シフト信号の波形は、線形な電圧変化を繰り返す鋸波形である。
光センサヘッド５は、光周波数シフタ１８が周波数シフトさせた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する。光センサヘッド５は、受信した反射光を光周波数シフタ１８に出力する。光周波数シフタ１８は、光センサヘッド５が出力した反射光を、再度、周波数シフトさせる。光周波数シフタ１８は、周波数シフトさせた反射光を参照反射点４及び光サーキュレータ３を介して光ヘテロダイン受信器６に出力する。
光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光と、光周波数シフタ１８が出力した反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する。また、光ヘテロダイン受信器６は、光分岐器２が分岐させた局発光と、参照反射点４によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得する。
第２の分岐器１７は、光ヘテロダイン受信器６が取得した受信信号及び内部受信信号を、ローパスフィルタ２０１とハイパスフィルタ２０２とに分岐させる。
ローパスフィルタ２０１は、第２の分岐器１７が分岐させた内部受信信号を通過させ、第２の分岐器１７が分岐させた受信信号を遮断する。つまり、上述の光周波数シフタ１８によるダウンシフトによって、反射光と局発光との周波数差に基づくビート信号である受信信号は、内部反射光と局発光との周波数差に基づくビート信号である内部受信信号よりも周波数が高くなるため、ローパスフィルタ２０１によって遮断される。
ハイパスフィルタ２０２は、第２の分岐器１７が分岐させた受信信号を通過させ、第２の分岐器１７が分岐させた内部受信信号を遮断する。つまり、上述の光周波数シフタ１８によるダウンシフトによって、反射光と局発光との周波数差に基づくビート信号である受信信号は、内部反射光と局発光との周波数差に基づくビート信号である内部受信信号よりも周波数が高くなるため、ハイパスフィルタ２０２を通過する。
周波数位相比較器１５は、ローパスフィルタ２０１が通過させた内部受信信号と、デジタルアナログコンバータ１４が生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成する。
周波数ミキサ２０４は、光周波数シフタ１８によるシフト量の２倍の周波数分、ハイパスフィルタ２０２が通過させた受信信号を周波数シフトさせる。より詳細には、実施の形態３では、周波数ミキサ２０４は、ハイパスフィルタ２０２が通過させた受信信号と、２逓倍器２０３が２逓倍した周波数シフト信号とを掛け合わせることにより、当該受信信号をダウンシフトさせる。周波数ミキサ２０４は、周波数シフト（ダウンシフト）させた受信信号をアナログデジタルコンバータ７に出力する。
アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が予め生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、ハイパスフィルタ２０２が通過させた受信信号をサンプリングする。より詳細には、実施の形態３では、アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、周波数ミキサ２０４が周波数シフトさせた受信信号をサンプリングする。
以下で、実施の形態３に係る光センサ装置１００２による、受信信号と内部受信信号とを分離する方法の具体例について説明する。図１０は、実施の形態３に係る光センサ装置１００２による、受信信号と内部受信信号とを分離する方法の具体例を説明するためのグラフである。図１０の（ａ）は、当該具体例における、光分岐器２が分岐した局発光の周波数の時間変化（破線）と、参照反射点４によって反射された内部反射光の周波数の時間変化（点線）と、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信し、光周波数シフタ１８が再度周波数シフトさせた反射光の周波数の時間変化（実線）とを示すグラフである。
光周波数シフタ１８は、ｆｓｈｉｆｔ（シフト周波数発振器１９の周波数に対応）の分、参照反射点４を通過した信号光を周波数シフトさせ、ｆｓｈｉｆｔの分、光センサヘッド５が測定対象９９９から受信した反射光の周波数を再度ダウンシフトさせる。結果として、図１０の（ａ）が示すように、光ヘテロダイン受信器６に入力される光のうちの反射光成分のみが２ｆｓｈｉｆｔのダウンシフトを受けることになる。
図１０の（ｂ）は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び内部反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した内部受信信号（差ビートＢ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（点線）と、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した受信信号（差ビートＡ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（実線）と、を示すグラフである。
例えば、掃引中における、局発光と参照反射点４による内部反射光との差ビートＢの瞬時周波数の最大値よりも２ｆｓｈｉｆｔが大きくなるようにｆｓｈｉｆｔを設定することにより、図１０の（ｂ）が示すように、局発光と測定対象によって反射された反射光との差ビートＡをハイパスフィルタ２０２により選択的に抽出可能となる。これにより、差ビートＢは、ローパスフィルタ２０１によって選択的に抽出可能となる。
図１０の（ｃ）は、アナログデジタルコンバータ７に入力される受信信号（差ビートＡ）の周波数の時間変化を示す。図１０の（ｄ）は、周波数位相比較器１５に入力される内部受信信号（差ビートＢ）の周波数の時間変化を示す。
図１０（ｄ）が示すように、第２の分岐器１７がローパスフィルタ２０１に分岐させた受信信号及び内部受信信号のうち内部受信信号（差ビートＢ）のみが、ローパスフィルタ２０１により選択的に抽出され、周波数位相比較器１５に入力される。一方で、第２の分岐器１７がハイパスフィルタ２０２に分岐させた受信信号及び内部受信信号のうち受信信号（差ビートＡ）のみが、ハイパスフィルタ２０２により選択的に抽出され、周波数ミキサ２０４に入力される。そして、周波数ミキサ２０４は、入力された受信信号を、光周波数シフタ１８によるシフト量の２倍の周波数分、ダウンコンバートする。これにより、図１０（ｃ）が示すように、受信信号は、光周波数シフタ１８によってシフト成分が除去された状態で、アナログデジタルコンバータ７に入力される。
上記のように、実施の形態３では、実施の形態２の効果に加えて、周波数位相比較器１５に入力される信号から、不要な、測定対象からの反射光に由来する受信信号成分を除去することができ、波長掃引光の収束精度を向上させ、測定対象の位置測定の分解能を向上させることができる。
なお、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、測定対象９９９に関する測定データを算出する際に、光周波数シフタ１８による周波数シフトによって生じた受信信号の非線形性を補償してもよい。
実施の形態４．
実施の形態２では、波長掃引光源１が波長掃引光の周波数を調整することにより、波形が変化する波長掃引光の非線形性を補償する構成について説明した。実施の形態４では、光分岐器２が分岐させた局発光を周波数シフトさせることにより、波形が変化する波長掃引光の非線形性を補償する構成について説明する。
以下で、実施の形態４について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図１１は、実施の形態４に係る光センサ装置１００３の構成を示すブロック図である。図１１が示すように、光センサ装置１００３は、実施の形態２に係る光センサ装置１００１の構成に加えて、光周波数シフタ１８、周波数ミキサ２０４、及び電圧制御発振器２０５をさらに備えている。
実施の形態４に係るループフィルタ１６は、周波数位相比較器１５が生成した誤差信号を積分することにより制御信号を生成し、生成した制御信号を電圧制御発振器２０５に出力する。
電圧制御発振器２０５は、ループフィルタ１６が生成した制御信号に基づいて、光周波数シフタ１８の制御信号を発生させる。電圧制御発振器２０５は、発生させた制御信号を光周波数シフタ１８に出力する。
光周波数シフタ１８は、電圧制御発振器２０５が発生させた制御信号に基づいて、光分岐器２が分岐させた局発光を周波数シフトさせる。光周波数シフタ１８は、周波数シフトさせた局発光を光ヘテロダイン受信器６に出力する。
光ヘテロダイン受信器６は、光周波数シフタ１８が周波数シフトさせた局発光と、光分岐器２が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより内部受信信号を取得する。より詳細には、実施の形態４では、光ヘテロダイン受信器６は、光周波数シフタ１８が周波数シフトさせた局発光と、参照反射点４によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより内部受信信号を取得する。
光センサ装置１００３が測定対象９９９に関する測定データを測定する際は、光ヘテロダイン受信器６は、光周波数シフタ１８が周波数シフトさせた局発光と、光センサヘッド５が受信した反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより受信信号を取得する。
周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７が分岐させた内部受信信号を周波数シフトさせる。光センサ装置１００３が測定対象９９９に関する測定データを測定する際は、周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７が分岐させた受信信号を周波数シフトさせる。より詳細には、周波数ミキサ２０４は、フェーズロックドループ１２が生成した第２のクロック信号（図１１の１２４）に同期して、内部受信信号及び受信信号をそれぞれ周波数シフトさせる。周波数ミキサ２０４の詳細な構成については後述する。
以下で、実施の形態４に係る光センサ装置１００３による、波長掃引光の非線形性を補償する方法の具体例について図面を参照して説明する。図１２は、当該具体例における、光ヘテロダイン受信器６が局発光及び内部反射光を合波し、合波した光を光電交換することにより取得した内部受信信号（差ビートＢ）の周波数（ヘテロダイン周波数）の時間変化（点線）を示すグラフである。図１２の破線は、デジタルアナログコンバータ１４が生成した第２の周波数変動基準信号を示す。
当該具体例では、光周波数シフタ１８は、電圧制御発振器２０５が発生させた制御信号に基づいて、瞬時周波数ｆｖｃｏ（ｔ）の分、光分岐器２が分岐させた局発光を周波数シフトさせる。これにより、図１２の点線が示すように、ある掃引時Ｘにおいて、光ヘテロダイン受信器６が取得する内部受信信号（差ビートＢ）の瞬時的なヘテロダイン周波数は、ｆｂＸ（ｔ）＋ｆｖｃｏ（ｔ）となる。ｆｂＸ（ｔ）は、ある掃引時Ｘにおける差ビートＢの周波数である。
信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号の周波数にオフセットを与えることにより、第２の周波数変動基準信号データを算出する。より詳細には、当該具体例では、信号処理装置９は、アナログデジタルコンバータ７がデジタル信号に変換した内部受信信号の周波数にオフセットｆｏｆｆｓｅｔを与えることにより、図１２の破線が示すように、周波数がｆｒｅｆ（ｔ）＋ｆｏｆｆｓｅｔの第２の周波数変動基準信号データを算出する。結果として、周波数位相比較器１５が生成した誤差信号に基づいてループフィルタ１６が生成する制御信号は、ｆｂＸ（ｔ）＋ｆｖｃ ｏ（ｔ）＝ｆｒｅｆ（ｔ）＋ｆｏｆｆｓｅｔが成り立つように、電圧制御発振器２０５が出力する制御信号の瞬時周波数ｆｖｃｏ（ｔ）を制御する。
周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７が分岐した内部受信信号の周波数を、オフセットの分、ダウンシフトさせる。より詳細には、当該具体例では、周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７が分岐した内部受信信号（差ビートＢ）の周波数を、オフセットｆｏ ｆｆｓｅｔの分、ダウンコンバートする。これにより、差ビートBの内部受信信号は、ｆ
ｂＸ（ｔ）＋ｆｖｃｏ（ｔ）－ｆｏｆｆｓｅｔ＝ｆｒｅｆ（ｔ）に収束する。アナログデジタルコンバータ７は、周波数ミキサ２０４がダウンシフトさせた内部受信信号をサンプリングする。
測定対象９９９に関する測定データを測定する際は、周波数ミキサ２０４は、第２の分岐器１７が分岐した受信信号の周波数を、オフセットｆｏｆｆｓｅｔの分、ダウンシフトさせる。アナログデジタルコンバータ７は、デジタルアナログコンバータ８が生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、周波数ミキサ２０４がダウンシフトさせた受信信号をサンプリングする。
以上のように、実施の形態４では、オフセットの分、周波数位相比較器１５での比較周波数を高くできるため、動作が安定し、高精度な測定データが得られるという効果を奏する。また、局発光を周波数シフトすることにより、波形が変化する波長掃引光の非線形性を補償することができるため、波長掃引を外部制御できない波長掃引光源を使用することができ、設計自由度を向上させることができる。
光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能は、処理回路により実現される。すなわち、信号処理装置９は、上述の処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
図１３Ａは、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１３Ｂは、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
上記処理回路が図１３Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３００である場合、処理回路３００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。
光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能を別々の処理回路で実現してもよいし、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
上記処理回路が図１３Ｂに示すプロセッサ３０１である場合、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能は、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によって実現される。
なお、ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３０２に記憶される。
プロセッサ３０１は、メモリ３０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能を実現する。すなわち、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９は、これらの各機能がプロセッサ３０１によって実行されるときに、上述の処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３０２を備える。
これらのプログラムは、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の手順又は方法をコンピュータに実行させる。メモリ３０２は、コンピュータを、光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
プロセッサ３０１には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
メモリ３０２には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。
光センサ装置１０００、光センサ装置１００１、光センサ装置１００２又は光センサ装置１００３の信号処理装置９の機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせにより上記機能のそれぞれを実現することができる。
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係る光センサ装置は、波長掃引光の非線形性を補償することによって生じる信号処理負荷を軽減させることができるため、波長掃引光の非線形性を補償する技術に利用可能である。
１ 波長掃引光源、２ 光分岐器、３ 光サーキュレータ、４ 参照反射点、５ 光センサヘッド、６ 光ヘテロダイン受信器、７ アナログデジタルコンバータ、８ デジタルアナログコンバータ、９ 信号処理装置、１０ 基準クロック、１１ 分岐器、１２ フェーズロックドループ、１３ スイッチ、１４ デジタルアナログコンバータ、１５ 周波数位相比較器、１６ ループフィルタ、１７ 第２の分岐器、１８ 光周波数シフタ、１９ シフト周波数発振器、２０ 第３の分岐器、２０１ ローパスフィルタ、２０２
ハイパスフィルタ、２０３ ２逓倍器、２０４ 周波数ミキサ、２０５ 電圧制御発振器、３００ 処理回路、３０１ プロセッサ、３０２ メモリ、９９９ 測定対象、１０００，１００１，１００２，１００３ 光センサ装置。

Claims (10)

  1. 時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源と、
    前記波長掃引光源が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器と、
    前記光分岐器が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッドと、
    前記光分岐器が分岐させた局発光、及び前記光センサヘッドが受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器と、
    前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータの第１のクロック信号を生成する第１のデジタルアナログコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータの第２のクロック信号を生成するフェーズロックドループと、
    前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、前記測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置と、を備え、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、前記波長掃引光源が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第１のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、前記第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングするか、又は、前記フェーズロックドループが生成した第２のクロック信号に同期して、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングする
    ことを特徴とする、光センサ装置。
  2. 時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源と、
    前記波長掃引光源が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器と、
    前記光分岐器が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッドと、
    前記光分岐器が分岐させた局発光、及び前記光センサヘッドが受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器と、
    前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータの第１のクロック信号を生成する第１のデジタルアナログコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、前記測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置と、を備え、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号をヒルベルト変換することにより、内部受信信号の瞬時周波数を算出し、算出した前記瞬時周波数を逓倍することにより、前記波長掃引光源が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第１のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、前記第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングする
    ことを特徴とする、光センサ装置。
  3. 時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源と、
    前記波長掃引光源が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器と、
    前記光分岐器が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッドと、
    前記光分岐器が分岐させた局発光、及び前記光センサヘッドが受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器と、
    前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータの第１のクロック信号を生成する第１のデジタルアナログコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、前記測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置と、
    分岐器と、
    第２のデジタルアナログコンバータと、
    周波数位相比較器と、
    ループフィルタと、を備え、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、前記波長掃引光源が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第１のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、前記第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングし、
    前記分岐器は、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号を、前記周波数位相比較器と前記アナログデジタルコンバータとに分岐させ、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第２の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第２のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した前記第２の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第２の周波数変動基準信号を生成し、
    前記周波数位相比較器は、前記分岐器が分岐した内部受信信号と、前記第２のデジタルアナログコンバータが生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成し、
    前記ループフィルタは、前記周波数位相比較器が生成した誤差信号を積分することにより制御信号を生成し、
    前記波長掃引光源は、前記ループフィルタが生成した制御信号に基づいて、出力する光の周波数を調整する
    ことを特徴とする、光センサ装置。
  4. 時間の経過とともに周波数が変化する光を出力する波長掃引光源と、
    前記波長掃引光源が出力した光を信号光及び局発光に分岐させる光分岐器と、
    前記光分岐器が分岐させた信号光を測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信する光センサヘッドと、
    前記光分岐器が分岐させた局発光、及び前記光センサヘッドが受信した反射光を合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての受信信号を取得する光ヘテロダイン受信器と、
    前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータの第１のクロック信号を生成する第１のデジタルアナログコンバータと、
    前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、前記測定対象に関する測定データを算出する信号処理装置と、
    分岐器と、
    第２のデジタルアナログコンバータと、
    周波数位相比較器と、
    ループフィルタと、
    電圧制御発振器と、
    光周波数シフタと、を備え、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号をサンプリングすることによりデジタル信号にさらに変換し、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、前記波長掃引光源が出力した光の周波数変動に対する基準となる第１の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第１のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した第１の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、前記第１のクロック信号として第１の周波数変動基準信号を生成し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号をサンプリングし、
    前記分岐器は、前記光ヘテロダイン受信器が取得した内部受信信号を、前記周波数位相比較器と前記アナログデジタルコンバータとに分岐させ、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号に基づいて、第２の周波数変動基準信号データをさらに算出し、
    前記第２のデジタルアナログコンバータは、前記信号処理装置が算出した前記第２の周波数変動基準信号データをアナログ信号に変換することにより、第２の周波数変動基準信号を生成し、
    前記周波数位相比較器は、前記分岐器が分岐した内部受信信号と、前記第２のデジタルアナログコンバータが生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成し、
    前記ループフィルタは、前記周波数位相比較器が生成した誤差信号を積分することにより制御信号を生成し、
    前記電圧制御発振器は、前記ループフィルタが生成した制御信号に基づいて、前記光周波数シフタの制御信号を発生させ、
    前記光周波数シフタは、前記電圧制御発振器が発生させた制御信号に基づいて、前記光分岐器が分岐させた局発光を周波数シフトさせ、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光周波数シフタが周波数シフトさせた局発光と、前記光分岐器が分岐させた信号光が内部反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより内部受信信号を取得し、前記光周波数シフタが周波数シフトさせた局発光と、前記光センサヘッドが受信した反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより受信信号を取得する
    ことを特徴とする、光センサ装置。
  5. 前記光分岐器が分岐させた信号光を部分的に反射することにより内部反射する参照反射点をさらに備え、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記参照反射点によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得する
    ことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光センサ装置。
  6. 前記アナログデジタルコンバータのクロック信号を、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した前記第１のクロック信号としての第１の周波数変動基準信号、又は前記フェーズロックドループが生成した第２のクロック信号のいずれか一方に切り替えるスイッチをさらに備えている
    ことを特徴とする、請求項１に記載の光センサ装置。
  7. 参照反射点、光周波数シフタ、第１のフィルタ、及び第２のフィルタをさらに備え、
    前記参照反射点は、前記光分岐器が分岐させた信号光を部分的に反射することにより内部反射し、
    前記光周波数シフタは、前記参照反射点を通過した信号光を周波数シフトさせ、
    前記光センサヘッドは、前記光周波数シフタが周波数シフトさせた信号光を前記測定対象に向かって出射し、当該測定対象によって反射された反射光を受信し、
    前記光ヘテロダイン受信器は、前記光分岐器が分岐させた局発光と、前記参照反射点によって反射された内部反射光とを合波し、合波した光を光電変換することにより電気信号としての内部受信信号をさらに取得し、
    前記分岐器は、前記光ヘテロダイン受信器が取得した受信信号及び内部受信信号を、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとに分岐させ、
    前記第１のフィルタは、前記分岐器が分岐させた内部受信信号を通過させ、前記分岐器が分岐させた受信信号を遮断し、
    前記第２のフィルタは、前記分岐器が分岐させた受信信号を通過させ、前記分岐器が分岐させた内部受信信号を遮断し、
    前記周波数位相比較器は、前記第１のフィルタが通過させた内部受信信号と、前記第２のデジタルアナログコンバータが生成した第２の周波数変動基準信号とを比較することにより、周波数の誤差信号を生成し、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記第２のフィルタが通過させた受信信号をサンプリングする
    ことを特徴とする、請求項３に記載の光センサ装置。
  8. 周波数ミキサをさらに備え、
    前記光周波数シフタは、前記光センサヘッドが受信した反射光をさらに周波数シフトさせ、
    前記周波数ミキサは、前記光周波数シフタによるシフト量の２倍の周波数分、前記第２のフィルタが通過させた受信信号を周波数シフトさせ、
    前記アナログデジタルコンバータは、前記第１のデジタルアナログコンバータが生成した第１の周波数変動基準信号に同期して、前記周波数ミキサが周波数シフトさせた受信信号をサンプリングする
    ことを特徴とする、請求項７に記載の光センサ装置。
  9. 前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した受信信号に基づいて、前記測定対象に関する測定データを算出する際に、前記光周波数シフタによる周波数シフトによって生じた受信信号の非線形性を補償する
    ことを特徴とする、請求項７に記載の光センサ装置。
  10. 周波数ミキサをさらに備え、
    前記信号処理装置は、前記アナログデジタルコンバータがデジタル信号に変換した内部受信信号の周波数にオフセットを与えることにより、前記第２の周波数変動基準信号データを算出し、
    前記周波数ミキサは、前記分岐器が分岐させた受信信号及び内部受信信号の各周波数を、前記オフセットの分、ダウンシフトさせる
    ことを特徴とする、請求項４に記載の光センサ装置。
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