JPH0743468A

JPH0743468A - 高精度時間間隔測定装置

Info

Publication number: JPH0743468A
Application number: JP5186375A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Mizushima; 宜彦水島; Sadahisa Warashina; 禎久藁科; Akira Takeshima; 晃竹島; Koji Ichie; 更治市江; Morio Takechi; 盛生武市; Kazumi Ogawa; 一三小川
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】広い測定範囲を高精度で測定可能であり、か
つ、安全性を向上した高精度時間間隔測定装置を提供す
る。【構成】計測・制御部１の制御の下で、信号発生部２
が発生した擬似ランダム信号を、送光部３が光パルスに
変換し、反射部４に測定光信号を、受光・相関部５に基
準光信号を送出する。反射部４で反射されて送り返され
た測定光信号と、送出部３より送出された基準光信号
と、を受光・相関部５が入力し、相関演算を行い、演算
結果である相関値を出力する。この相関値は、信号処理
部６で加工処理され、周波数制御帰還信号として信号発
生部２へ通知される。このフィードバック制御の結果、
平衡点に達した時の信号発生部２の発振器周波数を計測
・制御部１が読取り、測定光信号の伝播時間を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、時間間隔測定装置に関
するもので、基準地点と目標地点との間を光が伝播する
未知の時間を測定するごとき用途を有する。

【０００２】本発明による高精度時間間隔測定装置は、
光の伝播時間を測定することにより距離を測定する距離
計測に利用できる。更に、本発明の原理を使用すれば距
離計測ばかりではなく、例えば、対向反射体の相対変
位、相対速度を検出できる。また、光路媒質の屈折率温
度を知ることができる。あるいは、基準クロックに対し
て、これと同期した変調光、光パルス等を発生させるこ
とに利用できる。また、入射波の位相検出にも使用でき
る。

【０００３】

【従来の技術】従来より、光の伝播時間を計測するため
に光変調による時間測定法、または光パルスを用いた時
間測定法が用いられている。光変調による方法は、変調
された光波に対し目的とする距離を往復させ、戻り光を
検波復調して変調信号の位相を原信号と比較することに
よりその時間間隔に換算するものである。光パルスを用
いた方法は、光パルスの出射タイミングをカウンタの計
測開始トリガとし、受光タイミングを計測終了トリガと
して、カウンタの計数値とカウンタの基準クロック周期
とから、伝播時間を算出する方法である。

【０００４】特に本発明に関係の深い公知例について述
べると、次の通りである。（１）特開昭５７−１８２６７０これは、ランダム符号化系列によって相関演算から距離
を求めようとするもので、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を向
上させる手段としてよく知られており、本発明もこれを
部分的に採用しており、その部分については同様の原理
である。（２）特開昭６２−５４１８９これも前掲例と全く同様のものを光波に適用しようとす
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上は一般的な分類に
ついて述べたが、特に、長時間のうちの極短時間（距離
でいえば長距離たとえば１０ｋｍを高精度たとえば１ｍ
ｍの桁まで）を測定しようとするには、従来の装置では
性能不足である。例えば、上述の公知例では、相関演算
のためのデジタル回路の動作速度によって距離分解能
が、その１ビットの時間に相当する程度に制限される問
題があり、本発明の高精度の目的に充分でない。このま
ま高精度化しようとすると、Ｇｂ／ｓの相関演算速度が
必要となってしまい実現できない。

【０００６】上記の光変調を用いる方法においては、位
相検出精度は一般に変調周期の１／１０００〜１／２０
００が実現可能であり、光パルス法に比べて精度は一般
に高い。しかし、まだこれでも不足であって、高精度化
のためには変調周波数を高くする必要があるが、技術的
に困難である。また、光路の媒質の状態が時々刻々変化
するような場合、変調波形に歪を生じ測定誤差となる。
また、光路媒質による信号光の減衰により受信強度が低
い場合も同様である。特に、大気中では大気の状態変化
が著しく、光の減衰も大きいため比較的短距離または短
時間の時間測定にしかこの方法は使われない。

【０００７】それに対して光パルスを用いた方法は、受
信信号の有無により測定するので原理的にはフォトンカ
ウンティングレベルの受信強度でも可能な方法である。
しかし、カウンタのみを用いた時間計測では、カウンタ
の基準クロックと光パルス幅により精度が決定され、超
高周波領域では技術的限度があり、現状技術では充分な
精度は得られない。従って、光変調では困難な長距離の
時間測定に用いられている。

【０００８】また、上述した二つの方法において、距離
が長くなった時の光路媒質による減衰をカバーするた
め、光強度を強くする必要があり、特に目への安全性の
面で問題となってきている。

【０００９】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたものであり、広い測定範囲を高精度で測定可能
であり、かつ、安全性を向上した高精度時間間隔測定装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】本発明では、
擬似ランダム変調光信号を用いることで使用する光ピー
ク強度を下げ安全性を高めるとともに、測定可能距離を
延ばし、レーザダイオードを低出力として、その高速駆
動を可能にしている。この擬似ランダム変調光は、１ビ
ット相当時間よりも充分細いパルスを用いる。また、距
離（時間）分解能がビット間相関よりも、光パルス幅程
度の精度で相関をとれるような光ゲートを使用する。そ
して、測定光信号と基準光信号との位相差検出を行う高
速度部分は光のレベルで処理され、電子回路は高速度ク
ロックを必要としないため比較的低速でよいのでデジタ
ル回路を採用でき、装置の信頼性、安定度を高くでき
る。

【００１１】時間差算出手段は、位相を読むのではなく
周波数を読むので精度が高い。また、擬似ランダム変調
信号の復調は光変調法や光パルス法のような一点測定で
はなく、信号系列１周期にわたる相関演算であるので、
このことも精度向上に貢献している。この相関出力を発
振器の制御信号として帰還させ位相同期ループを構成す
ることにより、光路媒質の変化に対して自動追従させる
ことを可能にしている。また、本発明の位相同期ループ
の位相比較器は、擬似ランダム信号系列により変調され
た２つの光パルス間の排他論理和演算器（光ＥＸＯＲ）
により構成されているため、光パルス幅を変調周波数よ
り細くすることで、位相比較精度を向上させることが可
能であり、従来の位相同期ループに比べ精度が高い。

【００１２】以上のように、本装置を用いることによ
り、同じ変調周波数を用いても従来の方法より高精度な
時間測定が可能となる。光論理演算回路には、時定数の
早い光ＥＸＯＲ回路を使用すればよく、電子演算ゲート
よりも高速に動作可能とできる。

【００１３】以下、ＭＳＭフォトディテクタ対によるＥ
ＸＯＲ回路を、基準発振器として電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）を、擬似ランダム信号として、ｍ系列を用いた場合
について説明する。図１にＭＳＭフォトディテクタによ
るＥＸＯＲ回路を示す。このＥＸＯＲ回路はＭＳＭフォ
トディテクタ２つで簡単に構成でき、演算速度はディテ
クタの時定数で決まるため、例えば１０ＧＨｚ以上を達
成でき、高速したがって高精度である。

【００１４】目標地点に反射鏡を置き、そこから基準地
点に測定光信号が戻ってくるものとし、光の往復時間を
測定する場合を考える。測定光信号と基準光信号とは一
つの変調光信号を分離し、一方を測定光信号とし、もう
一方を基準光信号として使用するため、電気変調信号を
光変調信号に変換した時の波形歪誤差やジッタは消去さ
れる。

【００１５】ＶＣＯの出力の周波数をｆ、往復伝播時間
をｔ_d、ｍ系列の一周期をｎ、測定光信号が受信された
時の信号系列と基準光信号の信号系列との位相ずれをΔ
ｐとすると、 Δｐ＝２π（ｎ・ｋ−ｔ_d・ｆ） …（１）で表される。ここで、ｋは、伝播時間ｔ_d内にｍ系列の
周期が幾つ含まれるかに相当する整数で、別の方法によ
り求めることができる。この位相差Δｐが「０」になる
ようにＶＣＯの出力周波数ｆを調整すれば、その時の周
波数ｆ_dを測定することで、伝播時間ｔ_dは、ｔ_d＝ｎ・ｋ／ｆ_d …（２）により求めることができる。

【００１６】基準光パルス信号Ｐ_Lと測定光パルス信号
Ｐ_Sをガウス分布で近似し、ｍ系列ビット列をａ_i（＝
０あるいは１；１≦ｉ≦ｎ）とすると、Ｐ_L＝ａ_i・Ｉ_L・ｅｘｐ（−ｔ²／ｗ_L ²） …（３）Ｐ_S＝ａ_i-j・Ｉ_S・ｅｘｐ（−（ｔ−Δｔ）²／ｗ_S ²）…（４）ここで、Ｉ_L：基準光信号ピーク強度Ｉ_S：測定光信号ピーク強度ｗ_L：基準光信号パルス幅ｗ_S：測定光信号パルス幅ｊ：基準光信号と測定光信号とのビットずれ Δｔ：基準光信号と測定光信号との位相差に相当する時
間ｔ：−Ｔ／２≦ｔ≦Ｔ／２（Ｔ＝１／ｆ）となる。ここで、時間基準（ｔ＝０）は、ｍ系列の１ビ
ット内の基準光信号中心に取ってある。また、Δｔは、
Δｐを時間に変換したもので、 Δｔ＝（Δｐ／２π）／ｆ …（５）の関係にある。

【００１７】この時、光ＥＸＯＲの出力Ｉは、ＭＳＭの
感度をＧとすると、Ｉ＝Ｇ（Ｐ_L−Ｐ_S）＝Ｇ（ａ_i・Ｉ_L・ｅｘｐ（−ｔ²／ｗ_L ²） −ａ_i-j・Ｉ_S・ｅｘｐ（−（ｔ−Δｔ）²／ｗ_S ²）） …（６）となる。この信号をｔ＝０付近でサンプリングすると、
Δｐに応じたＥＸＯＲ出力を取り出すことができる。

【００１８】図２に、サンプリング手段として光ゲート
を用いた場合の構成図を示す。図２において、光ゲート
Ｇ１は、光ＥＸＯＲの出力を基準光パルスをゲート信号
としてサンプリングするものであり、その出力は、光Ｅ
ＸＯＲの出力Ｉに基準光パルスの信号波形に相当するａ
_i・Ｉ_L・ｅｘｐ（−ｔ²／ｗ_L ²）を乗ずることで得
られる。ゲート信号として基準光パルス信号を用いるこ
とで、高精度、高速なサンプリングゲートを構成でき
る。この時の積算出力Ｉ_Oは、ビット内を積分し、さら
に擬似ランダム１周期にわたる積算値となるから、

【００１９】

【数１】

【００２０】となる。ここで、＜Ｐ_L＞、＜Ｐ_S＞は、
ビット内平均強度であり、

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】である。ここで、ｍ系列の性質を考慮する
と（７）式は、

【００２４】

【数４】

【００２５】となる。

【００２６】すなわち、光パルス法において必要とされ
る光ピーク強度を（ｎ＋１）／２個のパルスに分配する
ことに相当し、１ビット当りの光ピーク強度を下げるこ
とができる。通常＜Ｐ_S＞は光路媒質の状態によって変
化するがＰ_Sの平均強度をモニタし、その強度変動に応
じてＰ_Lの平均強度を調整することは、基準光信号の入
力位置にフィルタ等を置くことによって可能であるの
で、＜Ｐ_L＞＝＜Ｐ_S＞（ｊ＝０，Δｔ＝０）とおく
と、

【００２７】

【数５】

【００２８】

【数６】

【００２９】となる。この信号を、もう一つの光ゲート
Ｇ２を用いて得られる位相ずれの符号信号により処理す
ることで、ＶＣＯに適切な周波数制御信号を入力するこ
とができる。光ゲートＧ２は、ビット内の前半部のみ測
定光信号を通すもので、ｍ系列のビットレートに同期し
た矩形波光パルスをゲート信号とすればよい。この時、
ｍ系列光信号と光ゲート信号との間に波形ずれを生ずる
可能性があるが、これは重要ではない。なぜなら、ＶＣ
Ｏの位相ロックはあくまでもＩ_O＝０の点で完了するの
であり、ロックするまでのＶＣＯの周波数は変化し続け
る。光信号と光ゲート信号の波形ずれは、ロックするま
での所要時間に影響を与えるがロック精度に影響しな
い。

【００３０】上記の各信号変化を図３に示す。このよう
な処理を各ビットに対して行い、全体の積算をとる手段
は従来も行われていた。しかし、図３に示した単位処理
は、単純なビット間の相関信号処理ではなく、ＭＳＭ出
力信号はパルスのピーク位置ずれが相関出力となるた
め、距離（時間）精度は単純なデジタル相関器に精密な
超高周波アナログ相関を加えたことに相当して高精度と
なる。特に、ＭＳＭフォトディテクタを使用するときは
簡単であり、精度を高くすることができる。

【００３１】上述したプロセスは、光路媒質の状態変化
に対しても有効に動作して追随し、しかも、時間測定精
度は、位相ロックした時の基準クロック周波数の読取り
精度で決定されるため、高安定・高精度な時間測定装置
となる。

【００３２】なお、図２に示した光ゲートによる信号サ
ンプリングや位相ずれ符号の取りだしは、ＶＣＯに適切
な信号となるように光ＥＸＯＲ出力を処理するための例
であり、光ゲートを使用しなくても同様のことがピーク
ホールド回路等を用いても実現できる。また、擬似ラン
ダム系列としては、直流分残差を除くための反転ｍ系列
等を使用することができる。

【００３３】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同
一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【００３４】（第１実施例）図４は、本発明に係る高精
度時間間隔測定装置の第１実施例の構成図である。この
装置は、１波長のみの光を用いる。

【００３５】図示のように本実施例の装置は、擬似ラン
ダム信号であるｍ系列デジタル信号を発生する信号発生
部２と、信号発生部２より生成されたデジタル電気信号
を光パルスに変換し、反射部４に測定光信号を、受光・
相関部５に基準光信号を送出する送光部３と、送光部３
より送出された測定光信号パルスを反射し受光・相関部
５に基準光信号を送り返す反射部４と、反射部４から送
り返された測定光信号と送出部３より送出された基準光
信号とを受光し相関演算する受光・相関部５と、受光・
相関部５より出力される相関値を信号発生部２の周波数
制御帰還信号として出力できるように加工処理する信号
処理部６と、信号発生部２の発振器周波数を測定し測定
光信号の伝播時間を算出するとともに、装置全体を制御
する計測制御部１と、を備えている。

【００３６】信号発生部２は、信号処理部６から出力さ
れる周波数制御電圧信号により発振周波数を変化させる
電圧制御発振器９と、電圧制御発振器９より出力される
基準クロックを基にｍ系列デジタル信号を発生させるｍ
系列信号発生器１０と、から構成される。

【００３７】送光部３は、信号発生部２より出力される
擬似ランダム信号を光信号に変換するレーザ１８と、レ
ーザ１８の光出力を分離し、一方を測定光信号として反
射部４へ、もう一方を基準光信号として受光・相関部５
へ送出するミラー１２と、から構成される。

【００３８】受光・相関部５は、送光部３より送出され
た基準光信号と反射部４より送り返された測定光信号を
受光とし、同時に基準光信号と測定光信号との位相差を
出力する光ＥＸＯＲ＋光ゲート回路１７と、光ＥＸＯＲ
＋光ゲート回路１７から出力される位相差を積算する積
算器１５と、位相差符号信号を積算する積算器１６と、
から構成される。積算時定数は、ｍ系列周期でもよく、
必要によりもっと長くとってもよい。

【００３９】信号処理部６は、受光・相関部５より出力
される相関出力と位相差符号積算信号とをＡ／Ｄ変換す
るＡ／Ｄコンバータ１３、１４と、Ａ／Ｄコンバータ１
３によりデジタル信号に変換された相関出力をデジタル
積算およびフィルタリングを行い、Ａ／Ｄコンバータ１
４出力による位相差符号に応じて信号処理を行う処理部
１２と、処理部１２より出力されるデジタル信号を、信
号発生部２の周波数制御電圧信号に変換するＤ／Ａコン
バータ１１と、から構成される。

【００４０】計測・制御部１は、信号発生部２の基準ク
ロックの周波数を測定する周波数カウンタ７と、周波数
カウンタ７の出力と擬似ランダム系列の周期より測定光
信号の伝播時間を計算する計算機８と、から構成され
る。計算機８は、測定される時間レンジに応じてｍ系列
信号発生器１０の周期や系列を変更したり、周波数カウ
ンター７の出力と処理部１２の出力を監視し、装置全体
が適切に動作するように処理部１２を制御するコントロ
ーラとしても動作する。

【００４１】本実施例の装置における動作は、上記の
「課題を解決するための手段および作用」で説明した通
りであり、基準光パルスと測定光パルスとの位相差は受
光・相関部５および信号処理部６とにより演算処理さ
れ、周波数制御電圧信号として電圧制御発振器９に帰還
される。電圧制御発振器９は、帰還された位相差信号が
「０」に近付く方向に発振周波数を変化させる。これは
更にｍ系列のビットレートを変更する。このプロセスが
繰り返され、最終的に位相差信号が「０」となったとこ
ろで、計算機８は周波数カウンタ７の出力を読み、測定
光信号の伝播時間を算出する。媒質の状態が変化しても
上述した位相同期機構は自動的に働く。

【００４２】本実施例における時間測定精度は、基準ク
ロック周波数の高さとは無関係であり、位相差検出精度
と発振器周波数の短期安定度および周波数カウンタの読
取り精度に依存する。

【００４３】周波数カウンタの読取り精度は、一般に測
定時間の長さに左右され、安定した信号が入力されれ
ば、充分高精度な測定が可能となる。したがって、発振
器周波数の短期安定度に左右されるが、電圧制御発振器
は、最近の集積回路技術の向上により高いＣ／Ｎが得ら
れるようになってきている。特に、水晶振動子を使った
電圧制御水晶振動子（ＶＣＸＯ）は、１０^-9〜１０^-11
の安定度があり、これを用いれば発振器と周波数読取り
精度に関しては、高精度が期待できる。したがって、本
発明の装置の精度を決定するのは、位相差検出精度とな
る。

【００４４】この実施例において、位相差は、測定光信
号と基準光信号との２つの波形の重なり面積として出力
されるが、光ＥＸＯＲ回路における２つの光信号の微小
な位相ずれに対しての出力変化は僅かである。分解能を
上げるには、この信号を高いＳ／Ｎで増幅する必要があ
るが、通常、高利得を得るにはアンプを多段に接続する
必要があり、Ｓ／Ｎ上は不利である。本実施例の装置の
場合、擬似ランダム信号を用いて相関演算することによ
り高利得を得ているため、増幅は最小限ですみ高分解能
が可能となる。また、基準クロックを低く設定できるた
め、信号処理部は低速なデジタル回路で構成可能であ
り、高精度、高分解能なＡ／ＤコンバータおよびＤ／Ａ
コンバータが使用でき、量子化誤差以外には原理的に誤
差は発生しない。

【００４５】例えば、１２ビットＡ／Ｄコンバータを用
いた場合の精度を見積もると、サンプリング定理より分
解能は１／２０４８となる。光ＥＸＯＲ積算出力の最大
値と最小値とは、基準光信号波形によって測定光信号波
形を切り取ったときの最大面積と最小面積とに相当する
ので、その幅はほぼ基準光信号波形のパルス幅と同じで
ある。したがって、この光ＥＸＯＲ積算出力をＡ／Ｄ変
換した時の分解能は、基準光信号パルス幅を１００ｐｓ
とすると、１００／２０４８＝０．０５ｐｓとなる。

【００４６】これを変調周波数５０ＭＨｚの単純な光変
調方式と比較した場合、位相分解能として、（１／（５０×１０⁸））／（０．０５×１０^-12）＝
４０００００すなわち、１／４０００００に相当する。

【００４７】（第２実施例）図５は、本発明に係る高精
度時間間隔測定装置の第２実施例の構成図である。この
装置は、大気中伝播路等での温度、気圧変化等の未知の
変動による屈折率変化に起因する測距誤差を消去可能な
ものであり、２波長の光を使用して絶対距離を求めるこ
とができる。

【００４８】図５において、計測・制御部１、信号発生
部２、反射部４、受光・相関部５、および信号処理部６
に関しては第１実施例と同様である。

【００４９】送光部３１は、信号発生部２より出力され
る擬似ランダム信号を光信号に変換するレーザ１８と、
レーザ１８の光出力を分離し、一方を第２高調波発生部
２０（ＳＨＧ）へ、もう一方を基準光信号としてオプテ
ィカルディレイ２１へ送出するミラー１９と、レーザ１
８の基本波の一部を第２高調波に変換し、基本波と第２
高調波との２つ波長の光信号パルスを反射部４に送出す
る第２高調波発生部（ＳＨＧ）２０と、基準光信号を分
離し、一方を測定光信号の基本波と第２高調波の分散時
間差に相当する時間だけ遅延させ、もう一方基準光信号
と再び合成し、受光・相関部５へ送出するオプティカル
ディレイ２１と、から構成される。なお、基本波の伝播
時間にＶＣＯの周波数をロックさせる目的で、必要によ
り第２高調波発生部（ＳＨＧ）２０には位相整合条件を
ずらして第２高調波を発生させないようにする機構が装
備されており、計測・制御部１により制御できるように
なっている。

【００５０】本実施例の装置では、最初に、第２高調波
を止め、レーザ１８の基本波に対してＶＣＯ周波数をロ
ックし、伝播時間を算出する。ここまでは、第１実施例
の装置と同様である。次に計算機８は第２高調波発生部
２０に制御信号を送り、第２高調波を発生させる。ここ
で、第２高調波と遅延基準光信号間で位相差が生じてい
ると、受光・相関部５の出力は「０」でなくなる。計算
機８は、Ａ／Ｄコンバータ１３の出力を監視し、オプテ
ィカルディレイ２１に帰還させ遅延基準光信号の遅延量
を調節し、相関出力が「０」となるように制御する。こ
の時、基本波の伝播時間はＶＣＯ発振周波数によって決
定され、オプティカルディレイの遅延量は、基本波と第
２高調波の分散時間差の関数として得られる。

【００５１】この場合、光路媒質が変化した時、２つの
波長の分散時間差も基本波の伝播時間も変化するため、
上述したプロセスを繰り返すことになり時間送れが問題
となる。本実施例での２つの波長に対する位相同期に要
する時間は、オプティカルディレイを構成するマイクロ
メータの移動速度により決定されるが、通常、伝播時間
の変動に対して、分散時間差の変動は僅かである。した
がって、マイクロメータの移動量は少なくてすみ、光路
媒質の変化がそれほど速くない時には充分実用となる。

【００５２】本実施例の高精度時間間隔測定装置を距離
測定に用いた場合の距離精度を見積もると以下のように
なる。２波長法による真の距離Ｄの基本式は、Ｄ＝Ｄ₁＋Ａ・（Ｄ₁−Ｄ₂） …（１２）ここで、Ｄ₁：波長１による見掛けの距離Ｄ₂：波長２による見掛けの距離Ａ：波長１と波長２との分散関係によって決まる係数である。２つの波長としてＹＡＧレーザの基本波（λ＝
１．０６μｍ）と第２高調波とを用いた場合、係数Ａは
約２０となる。マイクロメータの精度を５０μｍとすれ
ば、距離分解能として１ｍｍ、すなわち１０ｋｍの基線
に対して相対精度１×１０^-7となる。

【００５３】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の高
精度時間間隔測定装置によれば、高速処理が必要な位相
差検出は光のレベルで処理することにより、電子回路に
比較的低いクロック周波数を使用できるため、現状技術
で可能なデジタル回路を用いて、信頼性を高め、かつ、
高時間分解可能な高精度時間間隔測定装置を構築するこ
とができる。

【００５４】また、２波長の分散関係を利用して大気屈
折率補正を行うことで高精度距離測定が可能となる２波
長光波距離計に本発明の高精度時間間隔測定装置を用い
ると、従来の光波距離計と比べて１桁精度の高い距離計
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＳＭによる光ＥＸＯＲ回路の構成図である。

【図２】光ゲートを用いたサンプリング回路の構成図で
ある。

【図３】光ゲートを用いたサンプリング回路における信
号変化の説明図である。

【図４】本発明の高精度時間間隔測定装置の第１実施例
の構成図である。

【図５】本発明の高精度時間間隔測定装置の第２実施例
の構成図である。

【符号の説明】

１…計測・制御部、２…信号発生部、３，３１…送光
部、４…反射部、５…信号処理部、６…受光・相関部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｓ 13/28 Ｂ 8113−5Ｊ (72)発明者市江更治愛知県名古屋市中村区鳥森町１丁目44番地 (72)発明者武市盛生静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者小川一三静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数を制御できる発振器と、前記発振器を基に基準クロックを生成する手段と、前記基準クロックを擬似ランダム信号系列によってデジ
タル変調する手段と、前記デジタル変調する手段によって変調された変調信号
を、前記基準クロックの単位周期よりも半値幅の細い光
パルス信号系列に変換する手段と、前記光パルス信号系列に変換する手段によって変換され
た変調光信号の一部を測定光信号として送出する手段
と、伝播した前記測定光信号を収容する手段と、前記変調光信号の他の一部を基準光信号とし、受光素子
により構成された光排他論理和演算回路により前記基準
光信号と前記測定光信号との擬似ランダム変調波形との
間の位相差信号を出力する手段と、前記位相差信号を前記発振器周波数の制御信号として帰
還させ、前記基準クロックの周波数を制御することによ
って、前記基準光信号と前記測定光信号との擬似ランダ
ム変調波形との間の位相同期をとる手段と、前記基準クロックの周波数を計測する手段と、計測された前記基準クロックの周波数と前記擬似ランダ
ム信号系列の周期とから、前記測定光信号が伝播するに
要する時間を計算する手段と、を備えることを特徴とする高精度時間間隔測定装置。
【請求項２】前記受光素子により構成された光排他論
理和演算回路として、ＭＳＭフォトダイオード対による
光排他論理和回路を用いた、ことを特徴とする請求項１
記載の高精度時間間隔測定装置。
【請求項３】前記位相差信号出力を積算する手段を有
し、前記積算する手段から出力される位相差積算出力を
前記発振器の周波数の制御信号とする、ことを特徴とす
る請求項１記載の高精度時間間隔測定装置。
【請求項４】請求項１の高精度時間間隔測定装置の構
成に加えて、更に、前記基準光信号に同期した複数の波長の前記測定光信号
を発生する手段と、伝播により前記測定光信号に生じた分散時間差を比較に
あたって前記複数の波長の基準光信号を前記分散時間差
だけ遅延させる手段と、を備えることを特徴とする請求項１記載の高精度時間間
隔測定装置。