JP7472965B2 - 光測定装置及び光測定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光測定装置及び光測定方法に関する。
光を用いて対象物までの距離を測定する光測定装置（ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）とも呼ばれる）が知られている。光測定装置では、一般にＴｏＦ（Time of Flight）測距方式が採用されている。ＴｏＦ測距方式とは、光パルスを送信した後、対象物から反射した反射パルスを受信するまでの時間により、対象物の距離を測定する方式である。
このような光測定装置は、遠隔から広範囲の対象物の距離を取得できるため、橋梁の歪み測定等によるインフラ設備の劣化診断及び予知や、山の斜面の歪み測定等による防災対策及び災害予知に利用されている。また、光測定装置は、暗闇でも広範囲にわたって障害物や不審物を検出及び特定できるため、空港の監視等、セキュリティ及び監視にも利用されている。さらに、光測定装置は、自動運転用のセンサーとしても注目され始めている。
一方、レーダ装置などの測定装置において、対象物までの距離のほか、対象物の相対速度を測定できることが知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
特開２０１９－０７４４２４号公報 特開２０１０－０９１４９０号公報 特開２００６－２８１９７９号公報
特許文献１～３のように、関連する技術では、レーダ装置などの測定装置において、対象物の相対速度を測定することできるとされている。しかしながら、関連する技術では、ＴｏＦ測距用の測距光を用いて対象物の相対速度を測定することが考慮されていないため、対象物の相対速度を測定することが困難な場合があるという問題がある。
本開示は、このような課題に鑑み、ＴｏＦ測距用の測距光を用いて対象物の相対速度を測定することが可能な光測定装置及び光測定方法を提供することを目的とする。
本開示に係る光測定装置は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の測距光を送信する光送信手段と、前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信する光受信手段と、前記受信した反射光の位相変化量に基づいて、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出手段と、前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出する相対速度算出手段と、を備えるものである。
本開示に係る光測定方法は、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の測距光を送信し、前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信し、前記受信した反射光の位相変化量に基づいて、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出し、前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出するものである。
本開示によれば、ＴｏＦ測距用の測距光を用いて対象物の相対速度を測定することが可能な光測定装置及び光測定方法を提供することができる。
ＴｏＦ方式の測距原理を説明するための図である。 実施の形態に係る光測定装置の概要を示す構成図である。 実施の形態に係る光測定装置の概要を示す構成図である。 実施の形態に係る光測定方法の概要を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態１に係る光測定方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る光測定方法を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る光測定装置の構成例を示す構成図である。 実施の形態１に係る光位相変調器の構成例を示す構成図である。 実施の形態１に係る送信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る送信信号の位相ベクトルを示す図である。 実施の形態１に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る光測定方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る光測定方法を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る光測定方法における光信号の周波数スペクトル図である。 実施の形態２に係る光測定装置の構成例を示す構成図である。 実施の形態２に係る送信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る送信信号の位相ベクトルを示す図である。 実施の形態２に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る光測定方法を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る光測定方法における光信号の周波数スペクトル図である。 実施の形態３に係る光測定装置の構成例を示す構成図である。 実施の形態３に係る送信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る送信信号の位相ベクトルを示す図である。 実施の形態３に係る送信信号の位相ベクトルを示す図である。 実施の形態３に係る送信信号の位相ベクトルを示す図である。 実施の形態３に係る光測定装置の送信側の構成例を示す構成図である。 実施の形態３に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る受信信号を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る光測距方法の例を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る光測距方法の例を示すタイミングチャートである。 実施の形態３に係る光測距方法の例を示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図面においては、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。なお、構成図（ブロック図）に付された矢印は説明のための例示であり、信号の種類や方向を限定するものではない。
（実施の形態に至る検討）
図１は、ＴｏＦ測距方式の測距原理を示している。図１に示すように、ＴｏＦ測距方式では、光測定装置が、送信光パルスを含む測距光を送信し、測定対象物から反射した反射光を受信し、送信光パルスの送信時刻と反射光に含まれる受信光パルスの到着時刻（受信時刻）とに基づいて、光測定装置から測定対象物までの距離Ｒを測定する。
図１に示すように、光測定装置は、例えば、パルス周期Ｔｐでパルス幅Ｔｗの送信光パルスを送信する。パルス周期やパルス幅は、測定用途や光測定装置の性能等に応じて設定される。例えば、パルス幅Ｔｗは数十ｎｓである。送信光パルスの立ち上がり時刻Ｔ０から受信光パルスの立ち上がり時刻Ｔ１までのリターン遅延時間をＴｄとすると、距離Ｒは次の式（１）で求められる。ここで、Ｃは光速であり、リターン遅延時間Ｔｄは約６．６ｎｓ／ｍの遅延時間となる。
Figure 0007472965000001
なお、ここでは、理解を容易にするため、受信光パルス（受信光信号）と送信光パルス（送信光信号）の光強度を同程度として示しているが、実際の測定環境においては、受信光パルスの強度は送信光パルスの強度よりも大きく減衰する。以降の図面でも同様である。
このように、光測定装置では、ＴｏＦ測距方式を採用することにより、測定対象物までの距離を測定することができる。また、光測定装置において、ＴｏＦ測距方式により所定の測定範囲（スキャン範囲）に含まれる各測定点の距離を測定することで、各測定点の距離を含む３次元の点群データを生成し、測定範囲内の測定対象物の３次元構造を把握することが可能となる。
しかしながら、ＴｏＦ測距方式は、あくまでも距離を測定するための方式であるため、距離情報以外の他の情報、特に相対速度を直接取得することはできない。そこで、発明者は、ＴｏＦ測距方式の光測定装置において、測定対象物までの距離とともに、測定対象物の相対速度を測定する方法について検討した。
検討の結果、発明者は、測定対象物の相対速度情報を取得することにより、次のようなメリットが得られることを見出した。すなわち、測定対象物が静止しているか否か（動いているか否か）が検知できると、様々なアプリケーションへの利用が可能となる。例えば、車両の速度違反を自動的に取り締まる速度違反自動取締装置などの速度検知用途に相対速度情報を利用できる。また、測定範囲の点群データから動いている測定点の点群データのみを抽出することにより、相対速度情報を侵入者検知に使用することができる。さらに、測定範囲の点群データから人間や車など動いている点群データを除外し、静止物のみの詳細な点群データを抽出することにより、インフラ点検などで余分なデータを除去する際に相対速度情報を使用することができる。
また、検討の結果、発明者は、ＴｏＦ測距方式を用いて単純に相対速度情報を得ようとした場合、次のような課題が生じることを見出した。すなわち、単純な方法として、ＴｏＦ測距を複数回行い、その複数の測定結果から相対速度を得る方法が考えられる。具体的には、複数のタイミングで測定した距離情報の変動から相対速度を求める。そうすると、１回の測距動作では相対速度情報を得ることができないため、相対速度の取得に時間がかかる。また、複数の距離情報を含む点群データについて、全ての測定点の相対速度を得るためには、高速な測距動作が必要となる。なお、自動運転用ＬｉＤＡＲなどにより、複数本（１６本や３２本）のスキャンビームを用いてスキャンを繰り返すことで、相対速度を得る方法も考えられるが、点群密度が荒く距離精度も悪いため、所望の距離情報及び相対速度情報を得ることはできない。
したがって、以下の実施の形態では、ＴｏＦ測距方式の光測定装置において、測定対象物までの距離と測定対象物の相対速度を一度に測定することを可能とする。
（実施の形態の概要）
図２及び図３は、実施の形態に係る光測定装置の概要を示している。図２に示すように、実施の形態に係る光測定装置１０は、光送信部１１、光受信部１２、ドップラーシフト量算出部１３、相対速度算出部１４、距離算出部１５を備えている。また、図３に示すように、光測定装置１０は、光送信部１１、光受信部１２、ドップラーシフト量算出部１３、相対速度算出部１４のみを備えていてもよい。
光送信部１１は、ＴｏＦ測距用の光パルス（送信光パルス）を含む測距光を送信する。光受信部１２は、光送信部１１が送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信する。ドップラーシフト量算出部１３は、光受信部１２が受信した反射光に含まれる光パルス（受信光パルス）の周波数に基づいて、光パルスのドップラーシフト量を算出する。例えば、受信光パルス（反射光）の位相変化量に基づいて、ドップラーシフト量を算出する。
相対速度算出部１４は、ドップラーシフト量算出部１３が算出したドップラーシフト量に基づいて、測定対象物の相対速度を算出する。距離算出部１５は、光送信部１１が送信した光パルスと光受信部１２が受信した光パルスの時間差に基づいて、光測定装置１０から測定対象物までの距離を算出する。
図４は、光測定装置１０における送信光信号と受信光信号を示している。なお、図４は、簡略化のため、各光周波数の光信号を模式的に示しており、以降の図面でも同様である。図４に示すように、光測定装置１０は、光周波数ｆ１の送信光パルスｐｔを送信する。例えば、送信光源（参照光）の周波数をｆ０とし、周波数オフセットをｆｏｆｆｓｅｔとして、ｆ１＝ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔである。図４に示すように、光測定装置１０は、測定対象物が静止物の場合、送信光パルスｐｔと同じ光周波数ｆ１の受信光パルスｐｒ０を受信し、測定対象物が移動物体の場合、送信光パルスｐｔの光周波数ｆ１よりもドップラーシフト量（ドップラーシフト周波数ｆｓｈｉｆｔ）だけシフトした光周波数（ｆ１＋ｆｓｈｉｆｔ）の受信光パルスｐｒ１を受信する。
そこで、実施の形態では、受信光パルス（受信光信号）のドップラーシフト量を求めることで、測定対象物の相対速度を算出する。ドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）は、測定対象物が光測定装置に近づく場合、次の式（２）と表すことができ、測定対象物が光測定装置から遠ざかる場合、次の式（３）と表すことができる。これらの式からドップラーシフト量に基づいて相対速度を求めることができる。なお、Ｃは光速であり、ｖは相対速度である。
Figure 0007472965000002
Figure 0007472965000003
また、測定対象物までの距離は、例えば、送信光パルスｐｔを送信した時刻Ｔ１０から受信光パルスｐｒ０またはｐｒ１を受信した時刻Ｔ１１までのリターン遅延時間Ｔｄにより求める。なお、距離を求める基準となる時刻Ｔ１０及びＴ１１は、送信光パルス及び受信光パルス（光信号）の先頭に限られない。
このように、ＴｏＦ測距用の光パルスを含む測距光を送信し、受信する反射光に含まれる光パルスの周波数のドップラーシフト量を求めることで、測定対象物の相対速度を得ることができる。ＴｏＦ測距用の光パルスを用いているため、測定対象物までの距離とともに測定対象物の相対速度を求めることが可能となる。さらに、受信する光パルスの位相変化量に基づいてドップラーシフト量を求めることで、測定精度を向上することができる。
（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。本実施の形態では、ＴｏＦ測距方式の光測定装置において、光ヘテロダイン検波により受信光パルスの位相を検出し、検出した位相変化量からドップラーシフト量を算出する。
図５及び図６は、本実施の形態に係る光測定方法を示している。図５に示すように、本実施の形態では、光測定装置の送信側で、所定の周波数オフセットの送信光パルスを生成し（Ｓ１０１）、生成した送信光パルスを測距信号光として送信する（Ｓ１０２）。図６に示すように、周波数ｆ０の送信光源（基準となる光源）の光信号に対し、所定の正の周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔが加わるように変調（位相変調）をかけて、光周波数（ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔ）の送信光パルスｐｔを生成する。周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔは、特に限定されないが、例えば１００ＭＨｚ～２００ＭＨｚである。
続いて、図５に示すように、光測定装置の受信側で、測定対象物からの反射光を受信し（Ｓ１０３）、送信光パルスと受信光パルスの時間差に基づき測定対象物の距離を算出する（Ｓ１０４）。図６に示すように、送信光パルスｐｔを送信した時刻Ｔ１０から受信光パルスｐｒを受信した時刻Ｔ１１までのリターン遅延時間Ｔｄにより、測定対象物の距離を求める。
また、図５に示すように、光測定装置の受信側で、受信光パルスの位相変化量からドップラーシフト量を算出し（Ｓ１０５）、算出したドップラーシフト量に基づき測定対象物の相対速度を算出する（Ｓ１０６）。図６に示すように、図４と同様、測定対象物が移動物体の場合、送信光パルスｐｔよりもドップラーシフト周波数ｆｓｈｉｆｔだけシフトした、光周波数（ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）の受信光パルスｐｒを受信する。この受信光パルスｐｒの位相は、その周波数に応じて単調増加する。このため、測定対象物が静止物の場合の位相Φ０の傾きθ０と、測定対象物が移動物体の場合の位相Φ１の傾きθ１が異なる。位相増加の傾きは周波数（角周波数）を意味するため、移動物体から受信する受信光パルスの位相Φ１の傾きθ１は、静止物から受信する受信光パルスの位相Φ０の傾きθ０と比べて、ドップラーシフト分だけ増加の傾きが急峻になる。具体的には、ドップラーシフト無しの場合、傾きθ０＝２π×ｆｏｆｆｓｅｔとなり、ドップラーシフト有りの場合、傾きθ１＝２π×（ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）となる。本実施の形態では、この傾きの差から、ドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）を求める。
図７は、本実施の形態に係る光測定装置の構成を示している。なお、図７の構成は、一例であり、上記本実施の形態に係る光測距方法を実施できれば、その他の構成であってもよい。例えば、その他のコヒーレント光送受信装置でもよい。
図７に示すように、本実施の形態に係る光測定装置１００は、光源装置１０１、変調信号生成部１０２、光強度位相変調器１０３、光送信部１０４、光受信部１０５、光源装置１０６、コヒーレントＩＱ光受信機１０７、ＡＤＣ１０８、受信パルス検出部１０９、受信時刻抽出部１１０、距離算出部１１１、位相検出部１１２、ドップラーシフト量算出部１１３、相対速度算出部１１４を備えている。
例えば、光源装置１０１、変調信号生成部１０２、光強度位相変調器１０３が、光パルスを生成する光測距パルス生成部（光パルス生成部）１２０を構成する。また、光測距パルス生成部１２０と光送信部１０４が光測定装置１００の送信部（送信側）を構成し、光受信部１０５、光源装置１０６、コヒーレントＩＱ光受信機１０７、ＡＤＣ１０８、受信パルス検出部１０９、受信時刻抽出部１１０、距離算出部１１１、位相検出部１１２、ドップラーシフト量算出部１１３、相対速度算出部１１４が光測定装置１００の受信部（受信側）を構成する。
光源装置１０１は、送信光パルスを生成するための光源ｒ０（例えば周波数ｆ０）を生成するレーザ等の光源装置である。変調信号生成部１０２は、送信光パルスに単調増加する位相の変調をかけるための位相変調信号ｍ０を生成する。また、変調信号生成部１０２は、送信光パルスを生成する（変調をかける）タイミングで送信トリガ信号Ｔｒを出力する。
光強度位相変調器１０３は、位相変調信号ｍ０に基づき、光源ｒ０に強度変調ならびに位相変調をかけた送信光パルスを生成し、送信光パルスを含む送信光信号ｐ０を出力する。この例では、光強度位相変調器１０３は、位相変調信号ｍ０（Ｉ、Ｑ）に基づいて光源ｒ０に単調増加する位相変調をかけることで、所定の周波数オフセットを有する送信光パルスを生成する。光強度位相変調器１０３は、例えば、ＭＺ（Mach-Zehnder）型ＩＱ光変調器である。
図８は、光強度位相変調器１０３をＭＺ型ＩＱ光変調器により構成した構成例を示している。図８に示すように、光強度位相変調器１０３は、入力光導波路２０１と出力光導波路２０４の間に分岐導波路であるアーム２０２及びアーム２０３を備え、アーム２０２及びアーム２０３にそれぞれ光変調部２００ａ及び光変調部２００ｂが並列に配置されている。光変調部２００ａ及び光変調部２００ｂは、ＭＺ型光変調器である。
光変調部２００ａは、同相方向に位相変調をかける位相変調部である。光変調部２００ａは、位相変調電極２０１ａを有し、位相変調電極２０１ａに入力される位相変調信号ｍ０（Ｉ）の電圧に応じて、入力された光信号に対し同相方向の正側または負側に位相変調をかける。光変調部２００ｂは、直交方向に位相変調をかける位相変調部である。光変調部２００ｂは、位相変調電極２０１ｂを有し、位相変調電極２０１ｂに入力される位相変調信号ｍ０（Ｑ）の電圧に応じて、入力された光信号に対し直交方向の正側または負側に位相変調をかける。
光変調部２００ａにより同相方向に位相変調された光信号と光変調部２００ｂにより直交方向に位相変調された光信号を合波することで、任意の位相に変調された光信号を生成できる。例えば、ｅｘｐ（ｊ２πｆ10ｔ）の光信号（ｒ０）を入力し、ｃｏｓ（２πｆ１1ｔ）の位相変調信号ｍ０（Ｉ）とｓｉｎ（２πｆ１1ｔ）の位相変調信号ｍ０（Ｑ）を入力すると、ｅｘｐ｛ｊ２π（ｆ10＋ｆ１1）ｔ｝の光信号（ｐ０）が出力される。
図７において、光送信部１０４は、送信光パルスを含む送信光信号ｐ０を測距信号光として送信する。光送信部１０４は、レンズ等の送信光学系であり、送信光信号ｐ０を平行光として測定対象物へ放射する。光受信部１０５は、測定対象物から反射した反射光を受信し、受信光パルスを含む受信光信号ｐ１を出力する。光受信部１０５は、光送信部１０４と同様に、レンズ等の受信光学系である。
なお、光送信部１０４及び光受信部１０５の光学系を含む光送受信ブロック１３０は、図７では、それぞれ送信側ならびに受信側で独立した光学系を構成する例で示しているが、それに限らない。例えば、同一の光学系を用いて送受信を行い、送信信号と受信信号はサーキュレータを用いて分離する構成でも良い。
光源装置１０６は、受信光信号ｐ１と干渉させるための参照光ｒ１を生成するレーザ等の光源装置である。光源装置１０６は、送信側の光源装置１０１と同じ装置であり、参照光ｒ１は、送信側の光源ｒ０と同じ周波数（例えばｆ０）の光信号である。また、光源装置１０６の代わりに、送信側の光源装置１０１の光を分岐して参照光ｒ１としてもよい。
コヒーレントＩＱ光受信機１０７は、受信光パルスを含む受信光信号ｐ１と参照光ｒ１を干渉させて、ＩＱ受信信号ｍ１を生成する。ＩＱ受信信号ｍ１は、参照光ｒ１に対し同相成分の信号（ｍ１（Ｉ））と直交成分の信号（ｍ１（Ｑ））を含む。コヒーレントＩＱ光受信機１０７は、光干渉系１０７ａ及び光／電変換器１０７ｂを有する。光干渉系１０７ａは、受信光信号ｐ１と参照光ｒ１を干渉させて、同相成分の光信号ｐ２（Ｉ）と直交成分の光信号ｐ２（Ｑ）を含む干渉光信号ｐ２を生成する。光／電変換器１０７ｂは、干渉光信号ｐ２の同相成分及び直交成分をそれぞれ光電変換してＩＱ受信信号ｍ１を生成する。
なお、ＩＱ信号（ＩＱ受信信号）は、Ｉ信号（Ｉｓｉｇ）とＱ信号（Ｑｓｉｇ）を含む複素信号であり、ＩＱ信号＝Ｉｓｉｇ＋ｊＱｓｉｇ（ｊは虚数）と表すことができる。また、コヒーレントＩＱ光受信機１０７には、一般的なデジタルコヒーレント光通信で用いられる９０°ハイブリットミキサーおよびバランストレシーバーからなるコヒーレントＩＱ光受信機を用いることが可能であり、これにより光通信と同様な原理で、送信側から送った信号を受信側で復調することが可能となる。
ＡＤＣ１０８は、光電変換されたＩＱ受信信号ｍ１をＡＤ変換するＡＤ変換器（Analog-to-digital converter）である。受信パルス検出部（光パルス抽出部）１０９は、ＡＤ変換されたＩＱ受信信号ｍ１の光強度に基づき、受信信号の受信光パルス部分のみを抽出する。
受信時刻抽出部１１０は、受信パルス検出部１０９により抽出された信号の立ち上がりタイミングから、受信光パルスの受信時刻（到達時刻）を特定する。距離算出部１１１は、送信光パルスの送信時刻と受信光パルスの受信時刻から測定対象物の距離を算出する。距離算出部１１１は、送信光パルスの送信タイミングを示す送信トリガ信号Ｔｒの時刻と受信光パルスの立ち上がりタイミングの時刻との時間差に基づき、測定対象物の距離を算出する。
位相検出部１１２は、受信パルス検出部１０９により抽出された信号から受信光パルスの位相を検出する。ドップラーシフト量算出部１１３は、検出された受信光パルスの位相に基づいて、受信光パルスのドップラーシフト量を算出する。相対速度算出部１１４は、算出されたドップラーシフト量に基づいて、測定対象物の相対速度を算出する。
図９は、図７の光測定装置１００における送信側の信号の具体例を示している。送信側の光源装置１０１は、図９に示すように、光周波数ｆ０の光源ｒ０を生成する。
変調信号生成部１０２は、図９に示すように、位相の傾きが単調増加するように変調するための位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）を生成する。例えば、位相変調信号ｍ０（Ｉ）の位相と位相変調信号ｍ０（Ｑ）の位相が９０°ずれている。別の言い方をするならば、位相変調信号ｍ０（Ｉ）に対して位相変調信号ｍ０（Ｑ）信号は位相が９０°遅れている。これにより、位相変調信号ｍ０の位相は、図９に示すように、時間とともに単調増加する。なお、送信光パルスｐｔ以外の部分は消光しており、位相は不定となる。
ここで、位相が、時間とともに単調増加する（もしくは増加する）、あるいは時間とともに単調減少する（もしくは減少する）とは、位相が、基準となる光源ｒ０の光信号の位相に対して、時間とともに単調増加する（もしくは増加する）、あるいは時間とともに単調減少する（もしくは減少する）ことである。
例えば、図８の光強度位相変調器１０３の光変調部２００ａ及び２００ｂに、この位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）が入力されると、図９に示すような送信光パルスｐｔが生成される。生成される送信光パルスｐｔは、位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）により位相が単調増加する光信号となり、この光信号の周波数は参照光の周波数ｆ０に周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔを加えたｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔとなる。この位相ベクトルは、図１０のように、位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）の位相によって、換言すると、周波数オフセット（＋ｆｏｆｆｓｅｔ）によって、複素平面上を時間とともに左回りに回転するベクトルとなる。光送信部１０４は、生成された送信光パルスｐｔを含む送信光信号ｐ０を送信する。送信光信号ｐ０の光強度は、図９のｐ０１の破線で示すように、パルス形状となる。
図１１及び図１２は、図７の光測定装置１００における受信側の信号の具体例を示している。図１１は、測定対象物が静止物の場合の受信信号の例であり、図１２は、測定対象物が移動物体の場合の受信信号の例である。図１１及び図１２に示すように、受信側の光源装置１０６は、送信側と同じ光周波数ｆ０の参照光ｒ１を生成する。あるいは、上記したように、送信側の光源装置１０１の光を分岐して参照光ｒ１としてもよい。
図１１の例では、光受信部１０５は、静止物から反射した受信光パルスｐｒを含む受信光信号ｐ１を受信する。この場合、測定対象物が静止しているため、図９で示した送信側と同じ信号となる。すなわち、受信光パルスの光周波数はｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔとなる。
コヒーレントＩＱ光受信機１０７の光干渉系１０７ａは、デジタルコヒーレント光通信で用いられる一般的なコヒーレントＩＱ受信の原理に従って、受信光信号ｐ１と参照光ｒ１を干渉させて、ＩＱ受信信号ｍ１を生成する。図１１では、コヒーレントＩＱ光受信機１０７から出力されるＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）及びｍ１（Ｑ）は、送信側の位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）と同じ波形となる。つまり、受信光パルスｐｒは、送信光パルスｐｔと同様、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）に対しＩＱ受信信号ｍ１（Ｑ）が９０°ずれている。
このＩＱ受信信号ｍ１の光強度は、図１１に示すように、時刻Ｔ２０からＴ２１まで一定レベルのパルス波形となり、受信パルス検出部１０９は、所定の閾値を超える範囲を検出することで、時刻Ｔ２０からＴ２１までのパルス領域を検出する。位相検出部１１２は、図１１のように、検出したパルス領域の時刻Ｔ２０からＴ２１までの範囲で、ＩＱ受信信号ｍ１の位相を検出する。検出された位相は、送信側と同様、時間とともに単調増加する。図６で説明したように、この場合、位相の傾きθ０は２π×ｆｏｆｆｓｅｔとなる。
一方、図１２の例では、光受信部１０５は、移動物体から反射した受信光パルスｐｒを含む受信光信号ｐ１を受信する。この場合、測定対象物が移動しているため、図９で示した送信側の信号をドップラーシフトした信号となる。すなわち、受信光パルスの光周波数はｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔとなる。
そうすると、コヒーレントＩＱ光受信機１０７から出力されるＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）及びｍ１（Ｑ）は、送信側の位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）と異なる波形となる。例えば、受信光パルスｐｒでは、ドップラーシフトのない図１１のＩＱ受信信号ｍ１よりも、ｆｓｈｉｆｔ分だけ周波数が高くなったｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔのＩＱ受信信号ｍ１となる。
このとき、ＩＱ受信信号ｍ１の光強度は、図１１と同様、時刻Ｔ２０からＴ２１まで一定レベルのパルス波形となり、受信パルス検出部１０９は、時刻Ｔ２０からＴ２１までのパルス領域を検出する。位相検出部１１２は、図１２のように、検出したパルス領域の時刻Ｔ２０からＴ２１までの範囲で、ＩＱ受信信号ｍ１の位相を検出する。検出された位相は、図１１よりも急な傾きで単調増加する。図６で説明したように、この場合、位相の傾きθ１は２π×（ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）となる。
ドップラーシフト量算出部１１３は、図１１のドップラーシフトの無い受信光パルスの位相の傾きθ０と、図１２のドップラーシフトの有る受信光パルスの位相の傾きθ１との差を求めることで、受信光パルスのドップラーシフト量を算出する。例えば、予め静止物から受信する受信光パルスの位相の傾きθ０を測定しておき、移動物体から受信する受信光パルスの位相の傾きθ１が測定された場合に、θ１とθ０の差分を求めてもよい。また、θ０として送信光パルス（送信光信号）の位相の傾きを用いてもよい。相対速度算出部１１４は、算出されたドップラーシフト量を用いて、上記の式（２）及び式（３）から、測定対象物の相対速度を算出する。
以上のように、本実施の形態では、ＴｏＦ測距方式の光測定装置において、測定対象物から受信した受信光パルスの周波数のドップラーシフト量から、測定対象物の相対速度を算出することで、測定対象物までの距離と測定対象物の相対速度を一度に測定するこができる。
特に、本実施の形態では、受信光パルスの位相を検出し、検出した位相の変化量（時間に対する傾き）に基づいて、ドップラーシフト量を算出することで、測定精度を向上することができる。ＴｏＦ測距方式の光パルスのパルス幅Ｔｗは数十ｎｓと非常に狭いため、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）回路でドップラーシフト量の算出を実現しようとすることは困難である。ＦＦＴ回路でも、回路規模を問わなければ同等精度でドップラーシフト量を算出することは可能であるが、高精度化にはＦＦＴの測定数（分解能）を増やす必要ある。本実施の形態では、光パルスの位相変化量を用いることで、ＦＦＴ回路よりも少ない計算量（小さい回路規模）で、高精度にドップラーシフト量を算出することができる。
（実施の形態２）
以下、図面を参照して実施の形態２について説明する。本実施の形態では、実施の形態１の光測定装置及び光測定方法において、単調増加する位相（正の周波数オフセット）の光信号領域と単調減少する位相（正の周波数オフセット）の光信号領域を含む送信光パルスを送信する。
図１３及び図１４は、本実施の形態に係る光測定方法を示し、図１５は、この光測定方法における光信号の周波数スペクトルを示している。図１３に示すように、本実施の形態では、光測定装置の送信側で、正の周波数オフセット（第１の周波数オフセット）及び負の周波数オフセット（第２の周波数オフセット）を用いた変調により送信光パルスを生成し（Ｓ２０１）、生成した送信光パルスを測距信号光として送信する（Ｓ２０２）。正の周波数オフセットとは、基準となる光源の周波数に対し正方向のオフセットであり、負の周波数オフセットとは、基準となる光源の周波数に対し負方向のオフセットである。
図１４に示すように、周波数ｆ０の送信光源の光信号に対し、送信光パルスｐｔの前半部分の領域＃１（第１の位相変調部分）では、正の周波数オフセット（＋ｆｏｆｆｓｅｔ）を印加することで位相が単調増加（時間に対し第１の傾きで変化）するように変調をかけ、送信光パルスｐｔの後半部分の領域＃２（第２の位相変調部分）では、負の周波数オフセット（－ｆｏｆｆｓｅｔ）を印加することで位相が単調減少（時間に対し第２の傾きで変化）するように変調をかける。領域＃１は、光周波数がｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔとなり、領域＃２は、光周波数がｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔとなる。送信光パルスｐｔにおいて、光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔにより単調増加する位相から、光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔにより単調減少する位相に切り替わる点が位相変化点ｃ１となる。図１５に示すように、送信光パルスｐｔの周波数スペクトルは、領域＃１では正側にｆｏｆｆｓｅｔの周波数成分を有し、領域＃２では負側に－ｆｏｆｆｓｅｔの周波数成分を有する。
続いて、図１３に示すように、光測定装置の受信側で、測定対象物からの反射光を受信し（Ｓ２０３）、受信した反射光に含まれる受信光パルスの位相変化点を受信光パルスの位相の増減傾向から抽出し（Ｓ２０４）、送信光パルスと受信光パルスの位相変化点の時刻に基づき測定対象物の距離を算出する（Ｓ２０５）。図１４に示すように、受信光パルスｐｒの前半部分の領域＃１と後半部分の領域＃２の位相の増減傾向（傾き）が切替わる位相変化点ｃ２を抽出する。受信光パルスｐｒでは、領域＃１の位相が光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔ（＋ｆｓｈｉｆｔ）により単調増加し、領域＃２の位相が光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔ（＋ｆｓｈｉｆｔ）により単調減少しており、位相が単調増加から単調減少に切り替わる点を検出する。送信光パルスｐｔの位相変化点ｃ１の時刻Ｔ１０から受信光パルスｐｒの位相変化点ｃ２の時刻Ｔ１１までのリターン遅延時間Ｔｄにより測定対象物の距離を求める。
本実施の形態では、受信光パルスの前半部分と後半部分の変わり目付近の信号が乱れても、前半部分の位相増分と後半部分の位相減分から前半後半の変わり目を予測できるため、雑音や波形歪みによる影響を抑え、測距精度を向上することができる。
また、図１３に示すように、光測定装置の受信側では、受信光パルスの位相の増減からドップラーシフト量を算出し（Ｓ２０６）、算出したドップラーシフト量に基づき測定対象物の相対速度を算出する（Ｓ２０７）。図１４に示すように、実施の形態１の図６と同様、測定対象物が移動物体の場合、送信光パルスｐｔよりもドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）だけシフトした光周波数の受信光パルスｐｒを受信する。
図１５に示すように、受信光パルスｐｒの周波数スペクトルは、測定対象物が静止物でドップラーシフトが無い場合、送信信号と同様に、領域＃１では正側にｆｏｆｆｓｅｔ、領域＃２では負側に－ｆｏｆｆｓｅｔの周波数分布となる。また、測定対象物が移動物体でドップラーシフトが有る場合、受信光パルスｐｒの周波数スペクトルは、正側及び負側の信号がそれぞれドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）だけシフトする。すなわち、領域＃１では、正側の周波数成分がｆｏｆｆｓｅｔよりもｆ０からｆｓｈｉｆｔだけ離れ、領域＃２では、負側の周波数成分が－ｆｏｆｆｓｅｔよりもｆ０にｆｓｈｉｆｔだけ近づく。
そうすると、図１４に示すように、受信光パルスｐｒの領域＃１と領域＃２のそれぞれで、測定対象物が静止物の場合の位相Φ１０及びΦ２０の傾きθ１０及びθ２０と、測定対象物が移動物体の場合の位相Φ１１及びΦ２１の傾きθ１１及びθ２１が異なる。つまり、移動物体から受信する受信光パルスの位相Φ１１及びΦ２１の傾きθ１１及びθ２１は、静止物から受信する受信光パルスの位相Φ１０及びΦ２０の傾きθ１０及びθ２０と比べて、領域＃１ではドップラーシフト分だけ増加の傾きが急峻になり、領域＃２ではドップラーシフト分だけ減少の傾きが緩やかになる。具体的には、ドップラーシフト無しの場合、領域＃１の傾きθ１０＝２π×ｆｏｆｆｓｅｔ、領域＃２の傾きθ２０＝－２π×ｆｏｆｆｓｅｔとなり、ドップラーシフト有りの場合、領域＃１の傾きθ１１＝２π×（ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）、領域＃２の傾きθ２１＝２π×（－ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）となる。
このように、ドップラーシフトが有る場合、受信光パルスの領域＃１と領域＃２の位相の傾きの絶対値がアンバランスになる。そこで、本実施の形態では、領域＃１及び領域＃２の傾きをまとめてドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）を求める。すなわち、次の式（４）のように、領域＃１及び領域＃２それぞれの位相の傾きの絶対値を足して２で割ることで、ドップラーシフト量を求める。これにより、オフセット周波数に依存しない、より高精度な周波数シフト量を得ることができる。換言 するなら、本構成を用いることで、光測距パルス生成部の特性などの不完全性によるｆｏｆｆｓｅｔの変動など、ドップラーシフトに起因する周波数シフト以外の変動成分をキャンセルすることが可能となるため、純粋なドップラーシフト量を高精度に得ることができる。なお、実施の形態１と同様、領域＃１または領域＃２の一方、あるいはそれぞれでドップラーシフト量を計算してもよい。
Figure 0007472965000004
図１６は、本実施の形態に係る光測定装置の構成を示している。図１６に示すように、本実施の形態に係る光測定装置１００は、実施の形態１と同様の機能ブロックを備えている。実施の形態１と相違する点について説明すると、本実施の形態では、位相検出部１１２の検出結果が受信時刻抽出部１１０及びドップラーシフト量算出部１１３のそれぞれに供給される。
また、本実施の形態では、光強度位相変調器１０３は、位相変調信号ｍ０（Ｉ、Ｑ）に基づいて光源ｒ０に単調増加または単調減少する位相変調をかけ、送信光パルスを含む送信光信号ｐ０を生成する。光強度位相変調器１０３は、例えば、実施の形態１と同様、図８のようなＭＺ型ＩＱ光変調器である。
本実施の形態では、受信時刻抽出部（位相変化点検出部）１１０は、位相検出部１１２により検出された受信光パルスの位相が単調増加から単調減少に切り替る位相変化点を検出し、その時刻を抽出する。距離算出部１１１は、送信光パルスの位相変化点の時刻と受信光パルスの位相変化点の時刻から測定対象物の距離を算出する。距離算出部１１１は、送信光パルスの位相変化点のタイミングを示す送信トリガ信号Ｔｒの送信時刻と受信光パルスの位相変化点の受信時刻との時間差に基づき、測定対象物の距離を算出する。
さらに、本実施の形態では、ドップラーシフト量算出部１１３は、位相検出部１１２により検出された受信光パルスの前半部分の位相変化量及び後半部分の位相変化量を含めて、受信光パルスのドップラーシフト量を算出する。
図１７は、図１６の光測定装置１００における送信側の信号の具体例を示している。送信側の光源装置１０１は、図１７に示すように、実施の形態１と同様、光周波数ｆ０の光源ｒ０を生成する。
変調信号生成部１０２は、図１７に示すように、領域＃１と領域＃２で位相の傾きが異なるように変調するための位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）を生成する。領域＃１は実施の形態１と同様、位相変調信号ｍ０（Ｉ）の位相と位相変調信号ｍ０（Ｑ）の位相が９０°ずれている。領域＃２では、位相変調信号ｍ０（Ｉ）の位相は、領域＃１と同じであり、位相変調信号ｍ０（Ｑ）の位相は、領域＃１より反転している（１８０°ずれている）。別の言い方をするならば、位相変調信号ｍ０（Ｉ）に対して位相変調信号ｍ０（Ｑ）信号は位相が９０°進んでいる。そうすると、位相変調信号ｍ０の位相は、図１７に示すように、領域＃１では時間とともに単調増加し、領域＃２では時間とともに単調減少する。
例えば、実施の形態１と同様、図８の光強度位相変調器１０３の光変調部２００ａ及び２００ｂに、この位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）が入力されると、図１７に示すような送信光パルスｐｔが生成される。生成される送信光パルスｐｔの領域＃１の部分は、実施の形態１と同様、位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）により位相が単調増加する光信号となり、この光信号の周波数は参照光の周波数ｆ０に周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔを加えたｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔとなる。また、送信光パルスｐｔの領域＃２の部分は、位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）により位相が単調減少する光信号となり、この光信号の周波数は参照光の周波数ｆ０から周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔを減じたｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔとなる。この領域＃２の位相ベクトルは、図１８のように、位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）の位相によって、換言すると、周波数オフセット（－ｆｏｆｆｓｅｔ）によって、複素平面上を時間とともに右回りに回転するベクトルとなる。
図１９及び図２０は、図１６の光測定装置１００における受信側の信号の具体例を示している。図１９は、測定対象物が静止物の場合の受信信号の例であり、図２０は、測定対象物が移動物体の場合の受信信号の例である。
図１９の例では、光受信部１０５は、静止物から反射した受信光パルスｐｒを含む受信光信号ｐ１を受信する。この場合、測定対象物が静止しているため、図１７で示した送信側と同じ信号となる。すなわち、受信光パルスの領域＃１の光周波数はｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔとなり、領域＃２の光周波数はｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔとなる。ここでも、実施の形態１で記載したとおり、デジタルコヒーレント光通信で用いられるコヒーレントＩＱ光受信機の原理に基づき、受信側でも送信側と同じ信号が復調される。
従って、図１９に示すように、コヒーレントＩＱ光受信機１０７から出力されるＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）及びｍ１（Ｑ）は、送信側の位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）と同じ波形となる。つまり、受信光パルスｐｒは、送信光パルスｐｔと同様、領域＃１では、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）に対しＩＱ受信信号ｍ１（Ｑ）が９０°ずれており、領域＃２では、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）が領域＃１と同相で、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｑ）が領域＃１よりも反転している。別の言い方をするならば、領域＃１では、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）に対してＩＱ受信信号ｍ１（Ｑ）信号は位相が９０°遅れた信号となり、領域＃２では、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）に対してＩＱ受信信号ｍ１（Ｑ）信号は位相が９０°進んだ信号となる。
このＩＱ受信信号ｍ１の光強度は、図１９に示すように、時刻Ｔ２０からＴ２１まで一定レベルのパルス波形となり、受信パルス検出部１０９は、実施の形態１と同様、時刻Ｔ２０からＴ２１までのパルス領域を検出する。位相検出部１１２は、図１９のように、検出したパルス領域の時刻Ｔ２０からＴ２１までの範囲で、ＩＱ受信信号ｍ１の位相を検出する。検出された位相は、送信側と同様、領域＃１で時間とともに単調増加し、領域＃２で時間とともに単調減少する。図１４で説明したように、この場合、領域＃１の位相の傾きθ１０は２π×ｆｏｆｆｓｅｔとなり、領域＃２の位相の傾きθ２０は－２π×ｆｏｆｆｓｅｔとなる。
受信時刻抽出部１１０は、このＩＱ受信信号ｍ１の位相の変化（傾きの変化）に基づいて位相変化点ｃ２を検出する。この例では位相が単調増加から単調減少に切り替わる点を位相変化点ｃ２として検出する。また、受信時刻抽出部１１０は、位相の一番大きい頂点(最大値)を位相変化点として検出してもよい。例えば、領域＃１の位相が単調減少し、領域＃２の位相が単調増加する場合、位相の一番小さい頂点（最小値）を位相変化点として検出してもよい。さらに、領域＃１及び領域＃２の位相のサンプリングデータから、単調増加及び単調減少の位相の傾きを近似する近似直線を求め、その近似直線の交点から位相変化点を検出してもよい。
一方、図２０の例では、光受信部１０５は、移動物体から反射した受信光パルスｐｒを含む受信光信号ｐ１を受信する。この場合、測定対象物が移動しているため、図１７で示した送信側の信号をドップラーシフトした信号となる。すなわち、受信光パルスの領域＃１の光周波数はｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔとなり、領域＃２の光周波数はｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔとなる。
そうすると、コヒーレントＩＱ光受信機１０７から出力されるＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ）及びｍ１（Ｑ）は、送信側の位相変調信号ｍ０（Ｉ）及びｍ０（Ｑ）と領域＃１及び領域＃２でそれぞれ異なる波形となる。例えば、領域＃１では、ドップラーシフトのない図１９のＩＱ受信信号ｍ１よりも、ｆｓｈｉｆｔ分だけ周波数が高くなったＩＱ受信信号ｍ１となり、領域＃２では、ドップラーシフトのない図１９のＩＱ受信信号ｍ１よりも、ｆｓｈｉｆｔ分だけ周波数が低くなったＩＱ受信信号ｍ１となる。
このとき、ＩＱ受信信号ｍ１の光強度は、図１９と同様、時刻Ｔ２０からＴ２１まで一定レベルのパルス波形となるため、受信パルス検出部１０９は、時刻Ｔ２０からＴ２１までのパルス領域を検出する。位相検出部１１２は、図２０のように、検出したパルス領域の時刻Ｔ２０からＴ２１までの範囲で、ＩＱ受信信号ｍ１の位相を検出する。検出された位相は、図１９と比べて、領域＃１で急な傾きで単調増加し、領域＃２で緩やかな傾きで単調減少する。図１４で説明したように、この場合、領域＃１の位相の傾きθ１１は２π×（ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）となり、領域＃２の位相の傾きθ２１は２π×（－ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔ）となる。
ドップラーシフト量算出部１１３は、上記式（４）を用いて、領域＃１及び領域＃２それぞれの傾きの絶対値を足して２で割ることで、ドップラーシフト量を求める。さらに、相対速度算出部１１４は、算出されたドップラーシフト量を用いて、実施の形態１と同様、上記の式（２）及び式（３）から、測定対象物の相対速度を算出する。
以上のように、本実施の形態では、送信光パルスの前半と後半に対し単調増加する位相と単調減少する位相により位相変調をかけ、受信される受信光パルスの位相変化点を検出することで測定対象物の距離を測定する。これにより、受信光パルスに雑音や波形歪みがあっても、高精度に到達時刻を測定することが可能となり、測距精度を向上することができる。特に、単調増加する位相と単調減少する位相により送信光パルスに位相変調をかけることで、受信光パルスの位相情報から単調増加の位相の傾きと単調減少の位相の傾きが予測（近似）可能となるため、測距精度を向上することができる。
また、本実施の形態では、受信光パルスの前半と後半の位相変化量に基づいてドップラーシフト量を算出する。受信光パルスの前半領域及び後半領域それぞれの位相の傾きの絶対値を足して２で割ることで、ドップラーシフト量を求める。これにより、ドップラーシフト量を算出から周波数オフセットを除くことができるため、光測距パルス生成部の特性などの不完全性による周波数オフセットの変動に依存せずに、精度よくドップラーシフト量を求めることができる。
（実施の形態３）
以下、図面を参照して実施の形態３について説明する。本実施の形態では、実施の形態２の光測定装置及び光測定方法において、単調増加する位相（正の周波数オフセット）の送信光パルスと単調減少する位相（負の周波数オフセット）の送信光パルスとを波長多重し、多重した光信号を送信する。
図２１は、本実施の形態に係る光測定方法を示し、図２２は、この光測定方法における光信号の周波数スペクトルを示している。図２１に示すように、本実施の形態では、光測定装置の送信側で、正の周波数オフセットの送信光パルスと負の周波数オフセットの送信光パルスを生成し（Ｓ３０１）、２つの送信光パルスを合成した合波信号（波長多重信号）を測距信号光として送信する（Ｓ３０２）。
実施の形態２では、図１５で示したように、送信光パルスｐｔにおいて、領域＃１で光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号を送信し、領域＃２で光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号を送信した。実施の形態２では、各光信号を時分割多重しているとも言える。これに対し、本実施の形態では、図２２に示すように、光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号（光パルス）と光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号（光パルス）とを波長多重して、同時に送信する。送信光パルスｐｔの周波数スペクトルは、ｆ０を中心として正側／負側に対称となり、正側にｆｏｆｆｓｅｔの周波数成分を有し、負側に－ｆｏｆｆｓｅｔの周波数成分を有する。
続いて、図２１に示すように、光測定装置の受信側で、測定対象物からの反射光を受信し（Ｓ３０３）、測距信号光を送信した送信時刻と反射光を受信した受信時刻に基づき測定対象物の距離を算出する（Ｓ３０４）。送信光信号（合波信号）の所定の位置の時刻と、受信光信号の所定の位置の時刻との時間差により、測定対象物の距離を求める。
また、光測定装置の受信側では、受信光信号から正の周波数オフセットの受信光パルス及び負の周波数オフセットの受信光パルスを抽出し（Ｓ３０５）、抽出した正の周波数オフセットの受信光パルス及び負の周波数オフセットの受信光パルスの位相からドップラーシフト量を算出し（Ｓ３０６）、算出したドップラーシフト量に基づき測定対象物の相対速度を算出する（Ｓ３０７）。
図２２に示すように、受信光信号の周波数スペクトルは、測定対象物が静止物でドップラーシフトが無い場合、送信信号と同様、ｆ０を中心として、正側にｆｏｆｆｓｅｔ、負側に－ｆｏｆｆｓｅｔの強度分布となる。このとき受信光信号から、ｆ０より正側の周波数成分（正の周波数成分）を抽出し、ｆ０より負側の周波数成分（負の周波数成分）を抽出すると、正側の周波数成分（受信光パルス）の周波数は＋ｆｏｆｆｓｅｔとなり、負側の周波数成分（受信光パルス）の周波数は－ｆｏｆｆｓｅｔとなる。
また、測定対象物が移動物体でドップラーシフトが有る場合、受信光信号の周波数スペクトルは、正負の周波数成分の信号がそれぞれドップラーシフト量（ｆｓｈｉｆｔ）だけシフトする。すなわち、正の周波数成分がｆｏｆｆｓｅｔよりもｆ０からｆｓｈｉｆｔだけ離れ、負の周波数成分が－ｆｏｆｆｓｅｔよりもｆ０にｆｓｈｉｆｔだけ近づく。このとき受信光信号から、正の周波数成分を抽出し、負の周波数成分を抽出すると、正の周波数成分は、周波数がｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔとなり、負の周波数成分は、周波数が－ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔとなる。
正の周波数成分の特性は、実施の形態２の受信光パルスの領域＃１と同じであり、負の周波数成分の特性は、実施の形態２の受信光パルスの領域＃２と同じである。このため、本実施の形態では、実施の形態２と同様、正の周波数成分（受信光パルス）及び負の周波数成分（受信光パルス）それぞれの位相の傾きの絶対値を足して２で割ることで、ドップラーシフト量を求める。
図２３は、本実施の形態に係る光測定装置の構成を示している。図２３に示すように、本実施の形態に係る光測定装置１００は、実施の形態１及び２と比べて、２つの光測距パルス生成部１２０ａ及び１２０ｂ、合波器１２１、受信強度検出部１１５、ＢＰＦ１１６ａ及び１１６ｂ、周波数検出部１１７ａ及び１１７ｂを備えている。例えば、実施の形態１及び２の受信パルス検出部１０９の代わりに受信強度検出部１１５を備えている。実施の形態１及び２の位相検出部１１２は図示されていないが、ドップラーシフト量算出部１１３に含まれていてもよい。
光測距パルス生成部（第１の光パルス生成部）１２０ａは、正の周波数オフセットの送信光パルス（第１の光パルス）を生成し、光測距パルス生成部（第２の光パルス生成部）１２０ｂは、負の周波数オフセットの送信光パルス（第２の光パルス）を生成する。光測距パルス生成部１２０ａ及び１２０ｂの構成は、実施の形態１及び２と同様である。光測距パルス生成部１２０ａの光強度位相変調器１０３は、位相変調信号ｍ０（Ｉ、Ｑ）に基づいて光源ｒ０に単調増加する位相変調をかけ、周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔの送信光パルスを含む送信光信号ｐ１０を生成する。光測距パルス生成部１２０ｂの光強度位相変調器１０３は、位相変調信号ｍ０（Ｉ、Ｑ）に基づいて光源ｒ０に単調減少する位相変調をかけ、周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔの送信光パルスを含む送信光信号ｐ１１を生成する。
合波器１２１は、光測距パルス生成部１２０ａ及び光測距パルス生成部１２０ｂが生成した送信光パルスを波長多重する波長多重部である。合波器１２１は、光測距パルス生成部１２０ａが生成した正の周波数オフセットの送信光パルスを含む送信光信号ｐ１０と、光測距パルス生成部１２０ｂが生成した負の周波数オフセットの送信光パルスを含む送信光信号ｐ１１とを合波し、合波信号ｐ１２を生成する。
受信強度検出部１１５は、ＡＤ変換されたＩＱ受信信号ｍ１の光強度に基づき、受信信号から所定のレベルの信号のみを抽出する。受信強度検出部１１５は、実施の形態１及び２の受信パルス検出部１０９と同様に、所定の閾値を超える信号を検出する。
ＢＰＦ１１６ａ及び１１６ｂは、波長多重されている正の周波数成分の信号と負の周波数成分の信号とを分離するバンドパスフィルタである。ＢＰＦ１１６ａは、ＡＤ変換されたＩＱ受信信号ｍ１から正の周波数成分のみを抽出し、正の周波数成分（受信光パルス）の信号である正の周波数信号ｍ２０を生成する。ＢＰＦ１１６ｂは、ＡＤ変換されたＩＱ受信信号ｍ１から負の周波数成分のみを抽出し、負の周波数成分（受信光パルス）の信号である負の周波数信号ｍ２１を生成する。
周波数検出部１１７ａ及び１１７ｂは、抽出された正負の周波数信号の周波数を検出する。周波数検出部１１７ａは、正の周波数信号ｍ２０（受信光パルス）の位相に基づいて、正の周波数信号ｍ２０の周波数を検出する。周波数検出部１１７ｂは、負の周波数信号ｍ２１（受信光パルス）の位相に基づいて、負の周波数信号ｍ２１の周波数を検出する。
図２４は、図２３の光測定装置１００における送信側の信号の具体例を示している。送信側の光源装置１０１は、図２４に示すように、実施の形態１及び２と同様、光周波数ｆ０の光源ｒ０を生成する。光測距パルス生成部１２０ａは、実施の形態２の送信光パルスの領域＃１と同様、参照光の周波数ｆ０に周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔを加えた光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔの送信光パルスｐｔ１を生成する。光測距パルス生成部１２０ｂは、実施の形態２の送信光パルスの領域＃２と同様、参照光の周波数ｆ０から周波数オフセットｆｏｆｆｓｅｔを減じた光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔの送信光パルスｐｔ２を生成する。
図２４に示すように、合波器１２１が正の周波数オフセットの送信光パルスｐｔ１と負の周波数オフセットの送信光パルスｐｔ２を合波すると、振幅変調された合波信号ｐ１２が生成される。このように、光周波数ｆ０＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号と光周波数ｆ０－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号を合成すると、光周波数ｆ０±ｆｏｆｆｓｅｔの振幅変調信号となる。この原理を、次の式（５）～（８）を用いて数式的に説明する。
Figure 0007472965000005
光信号を複素正弦波で表すと式（５）となるため、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号及び－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号は、それぞれ式（６）及び式（７）と表すことができる。式（６）及び式（７）より、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号及び－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号は、虚数部が反転し互いに共役の関係となる。したがって、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号及び－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号を合波すると、式（８）のように、虚数部のない、実部のみの信号となる。このため、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号と－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号の合波信号は、強度（振幅）が変調された信号となる。
さらに、上記原理を、図２５～図２７の位相ベクトル図（フェーザ図）を用いて説明する。＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号は、位相ベクトル図では左回りに回転するベクトルとなり、－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号は、位相ベクトル図では右回りに回転するベクトルとなる。＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号と－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号が、位相ベクトル図上で互いに正反対に回転すると、その合成波は実軸（ｒｅ）上を移動するだけの信号（実部だけの信号）となる。このため、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号と－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号の合成波は、強度（振幅）が変調された信号となる。
例えば、図２５～図２７に示されるように各信号が繰り返し回転するとする。図２５では、＋ｆｏｆｆｓｅｔの光信号のベクトルＢ１は、実部が正及び虚数部が正であり、－ｆｏｆｆｓｅｔの光信号のベクトルＢ２は、実部が正及び虚数部が負である。このとき、ベクトルＢ１とＢ２は、実軸を中心に線対称であり、合成波は実軸上の正方向に伸びる信号となる。図２６では、ベクトルＢ１は、実部が０及び虚数部が正であり、ベクトルＢ２は、実部が０及び虚数部が負である。この場合も、ベクトルＢ１とＢ２は、実軸を中心に線対称であるため、合成波は実軸上の０の信号となる。図２７では、ベクトルＢ１は、実部が負及び虚数部が正であり、ベクトルＢ２は、実部が負及び虚数部が負である。この場合も、ベクトルＢ１とＢ２は、実軸を中心に線対称であり、合成波は実軸上の負方向に伸びる信号となる。
このように、合波信号ｐ１２は振幅変調信号となり、また、振幅変調信号は波長多重信号と等価であると考えられる。このため、光測定装置の送信側を光振幅変調器により構成してもよい。この振幅変調信号は、次のように表すことができる。Ｅｃはキャリア信号、Ｅｓｉｇは変調信号、ＥＡＭは変調により生成される信号である。
Figure 0007472965000006
式（９）のキャリア信号Ｅｃの振幅を式（１０）の変調信号Ｅｓｉｇで変調した変調後の信号ＥＡＭは、式（１１）のように表される。式（１１）より、振幅変調信号はキャリア周波数と変調周波数の和と差の周波数成分で構成される。このため、振幅変調信号は、波長多重信号と等価であると言える。
図２８は、光測定装置の送信側を光振幅変調器により構成した例を示している。図２８に示すように、光測定装置の送信側は、図２３の光測距パルス生成部１２０ａ及び１２０ｂ、合波器１２１に代えて、光振幅変調器による光測距パルス生成部１２２を備えてもよい。図２８に示すように、光測距パルス生成部１２２は、光源装置１０１、変調信号生成部１０２、光振幅変調器１２３を備える。変調信号生成部１０２は、周波数オフセット（±ｆｏｆｆｓｅｔ）の振幅変調を与えるための振幅変調信号ｍ３を生成する。光振幅変調器１２３は、振幅変調信号ｍ３に基づき、光源ｒ０に振幅変調をかけた振幅変調光信号（合波信号ｐ１２）を生成する。光振幅変調器１２３は、例えば、ＭＺ型光変調器である。図２８のように構成することで、光測定装置の送信側を簡易なものとすることができる。
図２９及び図３０は、図２３の光測定装置１００における受信側の信号の具体例を示している。図２９は、測定対象物が静止物の場合の受信信号の例であり、図３０は、測定対象物が移動物体の場合の受信信号の例である。また、図３１～図３３は、図２９及び図３０の信号における、ＴｏＦ測距方法の例を示している。
図２９及び図３０に示すように、実施の形態１及び２と同様、受信側の光源装置１０６は、送信側と同じ光周波数ｆ０の参照光ｒ１を生成する。
図２９の例では、測定対象物が静止しているため、光受信部１０５は、測定対象物から、送信信号と同じ波長多重された光周波数ｆ０±ｆｏｆｆｓｅｔの受信光信号ｐ１を受信する。本実施の形態でも、実施の形態１及び２と同様、デジタルコヒーレント光通信で用いられるコヒーレントＩＱ光受信機の原理に基づき、受信側でも送信側と同じ信号が復調される。そうすると、図２９に示すように、コヒーレントＩＱ光受信機１０７から出力されるＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ、Ｑ）は、送信側の光測距パルス生成部１２０ａ及び１２０ｂの変調信号ｍ０を波長多重した周波数±ｆｏｆｆｓｅｔの信号となる。
受信強度検出部１１５は、このＩＱ受信信号の信号強度を検出し、受信時刻抽出部１１０は、検出されたＩＱ受信信号の信号強度に基づいて受信時刻を抽出する。
例えば、距離算出部１１１は、図３１に示すように、合波信号ｐ１２（送信光信号）の送信開始から受信光信号ｐ１を受信するまでのリターン遅延時間Ｔｄに基づき、測定対象物の距離を算出する。この場合、光測距パルス生成部１２０ａ及び１２０ｂの変調信号生成部１０２は、変調をかける（送信を開始する）タイミングで送信トリガ信号Ｔｒを生成し、受信時刻抽出部１１０は、受信光信号ｐ１を復調したＩＱ受信信号ｍ１の受信開始時刻を受信時刻として抽出する。
本実施の形態では、送信光信号及び受信光信号が振幅変調信号でありパルス状の信号とはならない。このため、距離を測定するタイミングは図３１に限られない。例えば、図３２のように、合波信号ｐ１２の振幅変調の先頭のピークの時刻（第１のピーク点）から、受信光信号ｐ１の振幅変調の先頭のピークの時刻までのリターン遅延時間Ｔｄに基づき、測定対象物の距離を求めてもよい。この場合、例えば、合波器１２１において合波信号ｐ１２の先頭のピークのタイミングで送信トリガ信号Ｔｒを生成し、受信時刻抽出部１１０は、受信光信号ｐ１を復調したＩＱ受信信号ｍ１の先頭のピークの時刻を受信時刻として抽出する。
また、図３３のように、合波信号ｐ１２の振幅変調の複数のピーク（例えば全てのピーク）の時刻と、受信光信号ｐ１の振幅変調の複数のピークの時刻との間のそれぞれのリターン遅延時間Ｔｄ（例えば、Ｔｄ１～Ｔｄ８）を用いて、測定対象物の距離を求めてもよい。例えば、リターン遅延時間Ｔｄ１～Ｔｄ８の平均値により距離を求める。この場合、例えば、合波器１２１において合波信号ｐ１２の複数のピークのタイミングでそれぞれ送信トリガ信号Ｔｒを生成し、受信時刻抽出部１１０は、受信光信号ｐ１を復調したＩＱ受信信号ｍ１の複数のピークのそれぞれの時刻を受信時刻として抽出する。複数のピークの時刻を用いて距離を測定することにより、測距精度を向上することができる。
また、図２９の例では、周波数±ｆｏｆｆｓｅｔのＩＱ受信信号ｍ１から、ＢＰＦ１１６ａを介して正の周波数信号ｍ２０が抽出され、ＢＰＦ１１６ｂを介して負の周波数信号ｍ２１が抽出される。正の周波数信号ｍ２０には、周波数＋ｆｏｆｆｓｅｔの受信光パルスｐｒ１が含まれ、負の周波数信号ｍ２１には、周波数－ｆｏｆｆｓｅｔの受信光パルスｐｒ２が含まれる。
一方、図３０の例では、測定対象物が移動しているため、光受信部１０５は、測定対象物から、送信信号である波長多重された信号をドップラーシフトした光周波数ｆ０±ｆｏｆｆｓｅｔ＋ｆｓｈｉｆｔの受信光信号ｐ１を受信する。そうすると、ＩＱ受信信号ｍ１（Ｉ、Ｑ）は、周波数ｆｓｈｉｆｔ±ｆｏｆｆｓｅｔの信号となり、ＢＰＦ１１６ａを介した正の周波数信号ｍ２０（受信光パルスｐｒ１）の周波数はｆｓｈｉｆｔ＋ｆｏｆｆｓｅｔとなり、ＢＰＦ１１６ｂを介した負の周波数信号ｍ２１（受信光パルスｐｒ２）の周波数はｆｓｈｉｆｔ－ｆｏｆｆｓｅｔとなる。この正の周波数信号ｍ２０と負の周波数信号ｍ２１の周波数は、それぞれ実施の形態２の受信光パルスの領域＃１及び＃２と同様である。このため、実施の形態２と同様の原理により、ドップラーシフト量算出部１１３は、正の周波数信号ｍ２０の周波数と負の周波数信号ｍ２１の周波数を足して２で割ることで、ドップラーシフト量を求める。このドップラーシフト量は、実施の形態２のように位相の傾きから求めてもよいし、検出される周波数から求めてもよい。
以上のように、本実施の形態では、正の周波数オフセットの光パルスと負の周波数オフセットの光パルスとを波長多重して送信し、受信光信号に含まれるそれぞれの周波数成分の信号の周波数から、実施の形態２と同様にドップラーシフト量を算出する。これにより、実施の形態２と同様、光測距パルス生成部の特性などの不完全性による周波数オフセットの変動に依存せずに、精度よくドップラーシフト量を求めることができる。また、実施の形態２よりも倍のパルス幅で正の周波数オフセットの信号と負の周波数オフセットの信号を送受信することができるため、周波数（位相）の検出精度を向上することができる。
なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、２つの周波数（位相の傾き）の光信号を時分割多重または波長多重する例について説明したが、これに限らず、さらに複数の周波数の光信号を時分割多重または波長多重してもよい。
以上、実施の形態を参照して本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、本開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の測距光を送信する光送信手段と、
前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信する光受信手段と、
前記受信した反射光の位相変化量に基づいて、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出手段と、
前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出する相対速度算出手段と、
を備える、光測定装置。
（付記２）
前記ドップラーシフト量算出手段は、ドップラーシフトが無い場合の反射光の位相変化量と、前記受信した反射光の位相変化量との差に基づいて、前記ドップラーシフト量を算出する、
付記１に記載の光測定装置。
（付記３）
前記送信する測距光は、基準となる光源の周波数に対し所定の周波数オフセットの周波数成分を有する、
付記１又は２に記載の光測定装置。
（付記４）
前記送信する測距光は、前記基準となる光源の周波数に対し正方向のオフセットである第１の周波数オフセットの周波数成分と、前記基準となる光源の周波数に対し負方向のオフセットである第２の周波数オフセットの周波数成分とを有する、
付記３に記載の光測定装置。
（付記５）
前記ドップラーシフト量算出手段は、前記反射光に含まれる前記正方向の周波数成分の位相変化量と、前記反射光に含まれる前記負方向の周波数成分の位相変化量とに基づいて、前記ドップラーシフト量を算出する、
付記４に記載の光測定装置。
（付記６）
前記ドップラーシフト量算出手段は、前記正方向の周波数成分の位相変化量と前記負方向の周波数成分の位相変化量とを足して２で割った値に基づいて前記ドップラーシフト量を算出する、
付記５に記載の光測定装置。
（付記７）
前記第１の周波数オフセットの第１の位相変調部分と前記第２の周波数オフセットの第２の位相変調部分との間に位相変化点を有する光パルスを生成する光パルス生成手段を備え、
前記光送信手段は、前記生成された光パルスを含む前記測距光を送信する、
付記４乃至６のいずれかに記載の光測定装置。
（付記８）
前記送信した測距光に含まれる光パルスの位相変化点と前記受信した反射光に含まれる光パルスの位相変化点とに基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段を備える、
付記７に記載の光測定装置。
（付記９）
前記光送信手段は、前記第１の周波数オフセットの周波数成分と前記第２の周波数オフセットの周波数成分とを波長多重した波長多重信号を前記測距光として送信する、
付記４乃至６のいずれかに記載の光測定装置。
（付記１０）
前記第１の周波数オフセットの周波数成分を有する第１の光パルスと、前記第２の周波数オフセットの周波数成分を有する第２の光パルスとを生成する光パルス生成手段と、
前記生成された第１及び第２の光パルスを波長多重する波長多重手段と、を備え、
前記光送信手段は、前記波長多重された第１及び第２の光パルスを含む前記測距光を送信する、
付記９に記載の光測定装置。
（付記１１）
前記第１の周波数オフセットの周波数成分と前記第２の周波数オフセットの周波数成分とを有する振幅変調信号を生成する振幅変調手段を備え、
前記光送信手段は、前記生成された振幅変調信号を前記測距光として送信する、
付記９に記載の光測定装置。
（付記１２）
前記送信した測距光の第１のピーク点と前記受信した反射光の前記第１のピーク点とに基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段を備える、
付記９乃至１１のいずれかに記載の光測定装置。
（付記１３）
前記距離算出手段は、前記送信した測距光の複数のピーク点と前記受信した反射光の前記複数のピーク点とに基づいて、前記距離を算出する、
付記１２に記載の光測定装置。
（付記１４）
前記距離算出手段は、前記送信した測距光の複数のピーク点と前記受信した反射光の前記複数のピーク点とのそれぞれの時間差の平均に基づいて、前記距離を算出する、
付記１３に記載の光測定装置。
（付記１５）
ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の測距光を送信し、
前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信し、
前記受信した反射光の位相変化量に基づいて、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出し、
前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出する、
光測定方法。
（付記１６）
前記ドップラーシフト量の算出では、ドップラーシフトが無い場合の反射光の位相変化量と、前記受信した反射光の位相変化量との差に基づいて、前記ドップラーシフト量を算出する、
付記１５に記載の光測定方法。
１０ 光測定装置
１１ 光送信部
１２ 光受信部
１３ ドップラーシフト量算出部
１４ 相対速度算出部
１５ 距離算出部
１００ 光測定装置
１０１ 光源装置
１０２ 変調信号生成部
１０３ 光強度位相変調器
１０４ 光送信部
１０５ 光受信部
１０６ 光源装置
１０７ コヒーレントＩＱ光受信機
１０７ａ 光干渉系
１０７ｂ 光／電変換器
１０８ ＡＤＣ
１０９ 受信パルス検出部
１１０ 受信時刻抽出部
１１１ 距離算出部
１１２ 位相検出部
１１３ ドップラーシフト量算出部
１１４ 相対速度算出部
１１５ 受信強度検出部
１１６ａ、１１６ｂ ＢＰＦ
１１７ａ、１１７ｂ 周波数検出部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２２ 光測距パルス生成部
１２１ 合波器
１２３ 光振幅変調器
１３０ 光送受信ブロック
２００ａ、２００ｂ 光変調部
２０１ 入力光導波路
２０１ａ、２０１ｂ 位相変調電極
２０２、２０３ アーム
２０４ 出力光導波路

Claims (6)

  1. ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の光パルスを含む測距光を送信する光送信手段と、
    前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信する光受信手段と、
    前記受信した反射光の位相変化量から、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出手段と、
    前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出する相対速度算出手段と、
    を備え、
    前記送信する測距光は、基準となる光源の周波数に対し正方向のオフセットである第１の周波数オフセットの周波数成分と、前記基準となる光源の周波数に対し負方向のオフセットである第２の周波数オフセットの周波数成分とを有し、
    前記ドップラーシフト量算出手段は、前記反射光に含まれる前記正方向の周波数成分の位相変化量と、前記反射光に含まれる前記負方向の周波数成分の位相変化量とに基づいて、前記ドップラーシフト量を算出する、
    光測定装置。
  2. 前記ドップラーシフト量算出手段は、前記正方向の周波数成分の位相変化量と前記負方向の周波数成分の位相変化量とを足して２で割った値に基づいて前記ドップラーシフト量を算出する、
    請求項１に記載の光測定装置。
  3. 前記第１の周波数オフセットの第１の位相変調部分と前記第２の周波数オフセットの第２の位相変調部分との間に位相変化点を有する光パルスを生成する光パルス生成手段を備え、
    前記光送信手段は、前記生成された光パルスを含む前記測距光を送信する、
    請求項１または２に記載の光測定装置。
  4. 前記送信した測距光に含まれる光パルスの位相変化点と前記受信した反射光に含まれる光パルスの位相変化点とに基づいて、前記測定対象物までの距離を算出する距離算出手段を備える、
    請求項３に記載の光測定装置。
  5. 前記光送信手段は、前記第１の周波数オフセットの周波数成分と前記第２の周波数オフセットの周波数成分とを波長多重した波長多重信号を前記測距光として送信する、
    請求項１または２に記載の光測定装置。
  6. ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）測距用の光パルスを含む測距光を送信し、
    前記送信した測距光により測定対象物から反射した反射光を受信し、
    前記受信した反射光の位相変化量から、前記反射光の周波数のドップラーシフト量を算出し、
    前記算出したドップラーシフト量に基づいて、前記測定対象物の相対速度を算出し、
    前記送信する測距光は、基準となる光源の周波数に対し正方向のオフセットである第１の周波数オフセットの周波数成分と、前記基準となる光源の周波数に対し負方向のオフセットである第２の周波数オフセットの周波数成分とを有し、
    前記ドップラーシフト量の算出では、前記反射光に含まれる前記正方向の周波数成分の位相変化量と、前記反射光に含まれる前記負方向の周波数成分の位相変化量とに基づいて、前記ドップラーシフト量を算出する、
    光測定方法。
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