專利名稱：距離測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光頻梳、根據(jù)2個以上的周期信號的相位差來測定距離的距離測定裝置，特別涉及即使在為了使周期信號的頻率逐次差拍(beat down)而使用的振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，也能夠測定距離的距離測定裝置。
背景技術(shù)：
已知使用飛秒鎖模脈沖激光器裝置的距離測定裝置(例如，專利文獻(xiàn)1 )。鎖模脈沖激光器的頻譜以許多離散頻譜(縱模)構(gòu)成，該許多離散頻譜以光脈沖的重復(fù)頻率排列為固定間隔，并且模(mode)間的相位一致。由于正確的間隔的縱模像梳齒那樣豎立多個，因此該光脈沖被稱為光頻梳(comb)。使用了光頻梳的距離測定裝置向?qū)ο笪镎丈浼す?，以光接收元件對其反射光進(jìn)行光接收，從寬廣的頻譜寬度的頻率成分中選擇距離測定的分辨能力高的頻率成分，將其作為標(biāo)尺進(jìn)行利用。在圖9中表示專利文獻(xiàn)1中記載的距離測定裝置。距離測定裝置具有分割單元 2，將來自激光器裝置1的激光光線分割為基準(zhǔn)光和測距光；基準(zhǔn)光接收部3，對基準(zhǔn)光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍(beat)信號；以及測定光接收部6，對測距光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍信號。第1濾波器14從測定光接收部6的光接收信號中提取包含測距用的頻率成分的成分。第2濾波器11從基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號中提取包含測距用的頻率成分的成分。來自第1濾波器14和第2濾波器11的頻率成分(例如40GHz附近)在第1混頻器 31和第2混頻器32中與來自與其稍微具有差的振蕩器30的頻率(40GHz+10MHz)相乘，被逐次差拍為低頻率成分(IOMHz)(本機(jī)振蕩器法)。低頻率成分作為測距信號和基準(zhǔn)信號輸入到相位差測定電路12?？墒?，振蕩器30有時產(chǎn)生具有時間上的擺動的頻率，當(dāng)該時間上的擺動產(chǎn)生時， 在被逐次差拍的測距信號和基準(zhǔn)信號的頻率中也產(chǎn)生擺動。例如，在振蕩器30的頻率具有士 IOOppm的擺動的情況下，由于頻率的變動量達(dá)到士4MHz，所以通過第1混頻器31、第2混頻器32而被逐次差拍的處理信號頻率從6MHz 到14MHz進(jìn)行變動。像這樣，即使例如將振蕩器30的時間上的擺動相對于從光接收信號中提取的頻率(40GHz)降低到士 IOppm左右，相對于被逐次差拍的信號(相對于IOMHz成為士400kHz)也成為大的擺動。因此，由于處理信號頻率變化，或以濾波器難以提取，所以難以測定處理信號間的相位差。因此，需要抑制擺動的量的高精度的振蕩器?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-184181號公報； 非專利文獻(xiàn)
非特許文獻(xiàn) 1 光周波數(shù)二 A—新 0光Θ Θ L·—(http://Vww.aist. go. jp/ aist_j/museum/keisoku/komu/komu. html)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
鑒于這樣的背景，本發(fā)明的目的在于提供一種距離測定裝置，在通過振蕩器對從光頻梳提取的頻率進(jìn)行逐次差拍的本機(jī)振蕩器法中，即使在振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，也能夠根據(jù)被逐次差拍的處理信號間的相位差來測定距離。用于解決課題的方案
權(quán)利要求1所述的發(fā)明是一種距離測定裝置，其特征在于，具備激光器裝置，作為激光光束產(chǎn)生光頻梳；分割單元，將所述激光光束分割為基準(zhǔn)光和測距光；基準(zhǔn)光接收部，對所述基準(zhǔn)光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍信號；測定光接收部，對所述測距光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍(beat)信號；振蕩器，振蕩與從所述測定光接收部的差拍信號中提取的頻率成分不同頻率的周期信號；第1混頻器，生成來自所述測定光接收部的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分；第2混頻器，生成來自所述基準(zhǔn)光接收部的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分；第4濾波器，從以所述第1混頻器生成的頻率成分中提取差的頻率成分的差拍信號；第5濾波器，從以所述第2混頻器生成的頻率成分中提取與以所述第4濾波器提取的頻率成分不同的頻率成分的差拍信號；第3混頻器，生成以所述第4濾波器提取的差拍信號與以所述第5濾波器提取的差拍信號的和與差的頻率成分；第6濾波器，從以所述第3混頻器生成的頻率成分中提取差的頻率成分的差拍信號；第2濾波器，從所述基準(zhǔn)光接收部的差拍信號提取與以第6濾波器提取的頻率成分相同的頻率成分的差拍信號；相位差測定部，對以所述第6濾波器和所述第2濾波器提取的2個差拍信號的相位差進(jìn)行測定；以及距離測定部，基于以所述相位差測定部測定的相位差，對距離進(jìn)行測定。根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明，即使振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，由于逐次差拍了的處理信號頻率不變化，所以能夠根據(jù)處理信號間的相位差來測定距離。權(quán)利要求2的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，所述第1混頻器和所述第2混頻器分別對來自所述測定光接收部和所述基準(zhǔn)光接收部的許多差拍信號直接乘以所述振蕩器的周期信號。根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)明，由于不需要對來自測定光接收部和基準(zhǔn)光接收部的許多差拍信號準(zhǔn)備濾波器，所以能夠采用簡易的結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求3的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，所述振蕩器的頻率相對于所述測定光接收部的差拍信號僅具有所述光頻梳的頻率間隔的1/η (η Φ 1，2)的差。根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)明，第1混頻器和第2混頻器在分別將來自測定光接收部和基準(zhǔn)光接收部的差拍信號和振蕩器的周期信號相乘的情況下，生成維持了希望提取的頻率成分的信號成分。因此，能夠?qū)⑾Ｍ崛〉念l率成分適宜地逐次差拍。權(quán)利要求4的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，所述振蕩器的頻率相對于所述測定光接收部的差拍信號僅具有光頻梳的頻率間隔的1/4的差。根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明，第1混頻器和第2混頻器在分別將來自測定光接收部和基準(zhǔn)光接收部的差拍信號和振蕩器的周期信號相乘的情況下，生成頻譜的間隔相等的信號成分。因此，從該信號成分中容易提取希望提取的頻率成分。權(quán)利要求5的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，以所述第1混頻器和所述第2混頻器生成的信號成分中的頻譜的間隔是等間隔。根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)明，容易從以第1混頻器和第2混頻器生成的信號成分中提取希望提取的頻率成分。權(quán)利要求6的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求1所述的發(fā)明中，還具備第1濾波器， 從所述測定光接收部中提取至少1個差拍信號；以及第3濾波器，從所述基準(zhǔn)光接收部中提取至少1個差拍信號，所述第1混頻器生成來自所述第1濾波器的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分，所述第2混頻器生成來自所述第3濾波器的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分。根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)明，即使振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，由于逐次差拍了的處理信號頻率不變化，所以能夠根據(jù)處理信號間的相位差測定距離。權(quán)利要求7的發(fā)明的特征在于，在權(quán)利要求6所述的發(fā)明中，所述振蕩器的頻率設(shè)定在通過所述第1濾波器和所述第3濾波器的頻率的范圍外。根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)明，振蕩器的頻率不與以第1濾波器和第3濾波器提取的差拍信號的頻率成分重疊。因此，在第1混頻器和第2混頻器分別將以第1濾波器和第3 濾波器提取的差拍信號與振蕩器的周期信號相乘的情況下，生成維持了希望提取的頻率成分的信號成分。因此，能夠?qū)⑾Ｍ崛〉念l率成分適宜地逐次差拍。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，在通過振蕩器將從光頻梳提取的頻率逐次差拍的本機(jī)振蕩器法中，即使在振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，也能夠根據(jù)被逐次差拍了的處理信號間的相位差來測定距
1 O


圖1是第1實施方式的距離測定裝置的框圖。圖2是說明第1實施方式的光頻梳和提取的頻率成分的關(guān)系的說明圖。圖3是說明第1實施方式的振蕩器的頻率的設(shè)定方法的說明圖。圖4是說明第1實施方式的振蕩器的頻率的時間上的擺動和處理信號頻率的關(guān)系的說明圖。圖5是第2實施方式的距離測定裝置的框圖。圖6是說明第2實施方式的光頻梳和提取的頻率成分的關(guān)系的說明圖。圖7是說明第2實施方式的振蕩器的頻率的設(shè)定方法的說明圖。圖8是說明第2實施方式的振蕩器的頻率的時間上的擺動和處理信號頻率的關(guān)系的說明圖。圖9是表示現(xiàn)有的距離測定裝置的框圖。附圖標(biāo)記說明
1飛秒鎖模脈沖激光器裝置；2分割單元；3基準(zhǔn)光接收部；4半透明反射鏡；5半透明反射鏡；6測定光接收部；7透鏡；8隅角棱鏡；9透鏡；10斬波器；11第2濾波器；12 相位差測定電路；13第3濾波器；14第1濾波器；17距離測定部；31第1混頻器；32第 2混頻器；50振蕩器；51第4濾波器；52第5濾波器；53第3混頻器；54第6濾波器。
具體實施方式
1.第一實施方式
以下，針對距離測定裝置的一例，參照附圖進(jìn)行說明。圖1是第1實施方式的距離測定裝置的框圖。距離測定裝置具備飛秒鎖模脈沖激光器裝置1 ；分割單元2 ；基準(zhǔn)光接收部3 ；半透明反射鏡4 ；半透明反射鏡5 ；測定光接收部6 ；透鏡7 ；隅角棱鏡8 ；透鏡9 ；斬波器10 ；第2濾波器11 ；第3濾波器13 ；第1濾波器 14 ；振蕩器50 ；第1混頻器31 ；第2混頻器32 ；第4濾波器51 ；第5濾波器52 ；第3混頻器 53 ；第6濾波器M ；相位差測定電路12 ；距離測定部17。距離測定裝置是使用了光頻梳的飛秒光梳距離計，測定從距離測定裝置到設(shè)置在測定對象物的隅角棱鏡8的距離。飛秒鎖模激光器裝置1以固定間隔輸出飛秒這一非常短的脈沖寬度的脈沖。1個脈沖具有寬廣的頻譜。頻譜是以許多離散頻譜(縱模)構(gòu)成的，該許多離散頻譜以光脈沖的重復(fù)頻率排列為固定間隔、并且模間的相位一致。正確的間隔的縱模像梳齒那樣多個豎立， 因此該光脈沖被稱為光頻梳(comb )。飛秒鎖模激光器裝置1例如具備激發(fā)光源、光纖、光隔離器、可飽和吸收體、光耦合器。在激發(fā)光源中使用激光二極管等的激發(fā)用半導(dǎo)體激光器，在光纖中使用摻雜有鉺等的稀土類離子的單模光纖。諧振器以光纖形成為環(huán)狀。在環(huán)諧振器內(nèi)配置有光隔離器、可飽和吸收體、以及光耦合器。來自激發(fā)光源的光入射到光纖內(nèi)。光隔離器防止入射到諧振器內(nèi)的光的反射?？娠柡臀阵w吸收強(qiáng)度弱的光，在強(qiáng)度強(qiáng)的光的條件下飽和。由此，各模間的相位在時間上同步，并且相位差變得固定(鎖模)。各模的光在諧振器內(nèi)相互干涉，飛秒級的超短脈沖進(jìn)行多模振蕩。光耦合器從環(huán)諧振器提取光脈沖。再有，作為鎖模方法，除了在諧振器內(nèi)插入可飽和吸收體的被動鎖模(passive mode locking)之外，使用利用光調(diào)制器的強(qiáng)制鎖模(forced mode locking)也可。光調(diào)制器以與諧振器內(nèi)的光巡回時間的倒數(shù)的自然數(shù)倍相等的重復(fù)頻率對諧振器內(nèi)的光進(jìn)行調(diào)制。例如，在飛秒鎖模激光器裝置1的諧振器長度LS細(xì)、光纖的折射率η為1. 5、真空中的光速c為3Χ 108m/s的情況下，根據(jù)以下的數(shù)式，環(huán)諧振器內(nèi)的光巡回時間T是20ns， 光脈沖的重復(fù)頻率fr是50MHz。[數(shù)式1]
來自飛秒鎖模激光器裝置1的光束，通過分割單元2被分為朝向基準(zhǔn)光接收部3的基準(zhǔn)光27、和測距用的光束(測距光28和內(nèi)部參照光四)。基準(zhǔn)光27在基準(zhǔn)光接收部3被光接收，成為用于與測距用的光束比較相位的基準(zhǔn)信號。 測距用的光束通過半透明反射鏡4被分為測距光28和內(nèi)部參照光四。內(nèi)部參照光四通過半透明反射鏡5被反射，入射到測定光接收部6。測距光透射透鏡7，在測定對象物的隅角棱鏡8進(jìn)行反射。反射的測距光觀透射透鏡9，透射半透明反射鏡5，在測定光接收部6被光接收，成為測距信號。
測距光觀和內(nèi)部參照光四通過斬波器(choppeiOlO被交替地切換。通過取得斬波器10的切換前后的測距值的差，測定內(nèi)部參照光路a和外部測定光路b的差的距離。接著，針對信號處理進(jìn)行說明。第2濾波器11從基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號提取用于相位差測定的頻率成分。在這里，提取與光脈沖的重復(fù)頻率(光頻梳的頻率間隔、例如50MHz)相等的頻率成分。來自第2濾波器11的基準(zhǔn)信號輸入到相位差測定電路12中。第1濾波器14從測定光接收部6的光接收信號中提取包含測距用的第1高頻成分 (例如40GHz)的頻率成分(40GHz附近)。第3濾波器13從基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號中提取包含與以第1濾波器14提取的頻率成分稍微具有差的第2高頻成分(例如40GHz+50MHz) 的頻率成分(40GHz+50MHz附近)。再有，“稍微具有差”指的是僅具有光頻梳的頻率間隔 (50MHz)的差，但并不局限于此，也可以僅具有以第2濾波器11提取的成分的頻率的量的差。振蕩器50將與第1高頻成分(40GHz)和第2高頻成分(40GHz+50MHz)充分具有差的單一高頻成分(39GHz)向第1混頻器31和第2混頻器32輸出。再有，“充分具有差”指的是具有提取的頻率(例如40GHz)的40分之1以上的差(1GHz)。第1混頻器31將通過了第1濾波器14的高頻成分(40GHz附近)和振蕩器50的高頻成分(39GHz)相乘，生成和與差的頻率成分。第4濾波器51提取差的頻率成分(1GHz)。 再有，第1濾波器14設(shè)定為不使生成與該差的頻率成分(IGHz)相同頻率的不要的高頻成分(38GHz)通過。第2混頻器32將通過了第3濾波器13的高頻成分(40GHz+50MHz附近)和振蕩器 50的高頻成分(39GHz)相乘，生成和與差的頻率成分。第5濾波器52提取差的頻率成分 (lGHz+50MHz)。再有，第3濾波器13設(shè)定為不使生成與該差的頻率成分(lGHz+50MHz)相同頻率的不要的高頻成分(38GHz-50MHz)通過。第3混頻器53將來自第4濾波器51的頻率成分(IGHz)和來自第5濾波器52的頻率成分(lGHz+50MHz)相乘，生成和與差的頻率成分。第6濾波器M提取作為差的頻率成分(50MHz)的測距信號。測距信號輸入到相位差測定電路12中。再有，光頻梳由于處于寬頻帶，所以使從測定光接收部6的光接收信號中提取的頻率成分(波長)為可變，進(jìn)行與測定環(huán)境對應(yīng)的距離測定也可。由此，即使空氣的折射率由于氣溫、氣壓變化、浮游物、霧等而變化，也能高精度地進(jìn)行距離測定。相位差測定電路12測定基準(zhǔn)信號與測距信號的相位差。相位差的數(shù)據(jù)輸出到距離測定部17。距離測定部17根據(jù)該相位差測定距離。將相位差設(shè)為Δ φ、將距離設(shè)為D、 將頻率設(shè)為f、將光速設(shè)為C的話，相位差表示為Δφ=4π Χ。到隅角棱鏡8的距離作為內(nèi)部參照光路a和外部測定光路b的差來計算。以下，針對振蕩器50的頻率的設(shè)定方法進(jìn)行說明。圖2是說明光頻梳和提取的頻率成分的關(guān)系的說明圖，圖3是說明振蕩器的頻率的設(shè)定方法的說明圖。如圖2所示，在光頻梳的頻譜中將40GHz作為測距信號進(jìn)行利用的情況下，首先， 通過帶通濾波器(BPF 第1濾波器14)從測定光接收部6的光接收信號中提取包含40GHz 的頻率成分的40GHz附近的頻率成分。接著，通過BPF (第3濾波器13)從基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號中提取包含 40GHz+50MHz的頻率成分的40GHz+50MHz附近的頻率成分。
在圖3的中部示出來自第1濾波器14的頻率成分(40GHz)和來自第3濾波器13 的頻率成分(40GHz+50MHz )。返回圖2，40GHz和40GHz+50MHz的頻率成分分別與振蕩器50的頻率(39GHz ) 相乘，通過BPF (第4濾波器51和第5濾波器52)分別提取差的頻率成分(IGHz和 lGHz+50MHz)。在圖3的下部示出以振蕩器50的頻率(39GHz)而被差分的的頻率成分(IGHz和 lGHz+50MHz)。在圖3的中部，針對振蕩器50的頻率例如是40GHz-50MHz的情況進(jìn)行考慮。在比振蕩器50的頻率低的差拍信號的頻率成分(例如40GHz-100MHz)和比振蕩器50的頻率高的差拍信號的頻率成分(例如40GHz)以振蕩器50的頻率(40GHz-50MHz)而被差分的情況下，均生成50MHz的頻率成分。在該情況下，希望提取的頻率成分(40GHz)和不要的頻率成分(40GHz-100MHz) 重疊。即，生成比振蕩器50的頻率低的頻率成分和高的頻率成分將振蕩器50的頻率 (40GHz-50MHz )作為零進(jìn)行折返而重疊的信號成分?？墒?，在第1實施方式中，振蕩器50的頻率以具有希望提取的頻率(40GHz和 40GHz+50MHz)的40分之1以上的差(IGHz)的的方式而被設(shè)定(39GHz)，被設(shè)定在通過第1 濾波器14和第3濾波器13的頻率的范圍外。因此，在圖3的中部，振蕩器50的頻率(39GHz) 不與以第1濾波器14和第3濾波器13提取的差拍信號的頻率成分(40GHz和40GHz+50MHz )重疊。因此，如圖3的下部所示，當(dāng)使用39GHz的振蕩器50進(jìn)行逐次差拍時，生成維持了希望提取的頻率成分(40GHz和40GHz+50MHz)的差的頻率成分(IGHz和lGHz+50MHz)。艮口， 能夠?qū)⑾Ｍ崛〉念l率成分(40GHz和40GHz+50MHz)適宜地逐次差拍。(第一實施方式的優(yōu)越性)
以下，針對第1實施方式的優(yōu)越性進(jìn)行說明。圖4是說明振蕩器的頻率的時間上的擺動和處理信號頻率的關(guān)系的說明圖。如圖4所示，在振蕩器50的頻率中有士 IOOppm的擺動的情況下(從38. 996GHz到 39. 004GHz)，來自測定光接收部6的頻率成分變?yōu)閺?. 996GHz到1. 004GHz，來自基準(zhǔn)光接收部3的頻率成分變?yōu)閺?.046GHz到1.054GHz，各個頻率較大地受到擺動的影響?？墒牵诒緦嵤┓绞街羞M(jìn)一步取得兩者的差，由于各自的差(50MHz)為光頻梳的頻率間隔(50MHz) 是固定的，所以測距信號(處理信號)總是向50MHz逐次差拍。像這樣，根據(jù)第1實施方式，即使振蕩器50的頻率擺動，由于處理信號頻率不變化，所以能夠穩(wěn)定地測定測距信號和基準(zhǔn)信號的相位差。2.第2實施方式
以下，針對第1實施方式的變形例進(jìn)行說明。第2實施方式是去除了圖1的第1濾波器14和第3濾波器13的結(jié)構(gòu)?；蛘呤悄軌?qū)D1的第1濾波器14和第3濾波器13的性能抑制得較低的結(jié)構(gòu)。以下，針對與第1實施方式同樣的結(jié)構(gòu)，省略說明。圖5是第2實施方式的距離測定裝置的框圖。在光頻梳的頻譜中將40GHz作為測距信號進(jìn)行利用的情況下，振蕩器50的頻率設(shè)定為與希望從測定光接收部6的光接收信號中提取的頻率(例如40GHz)僅具有光頻梳的頻率間隔(例如50MHz)的1/4的差的頻率(40GHz-12.5MHz)。針對振蕩器50的頻率的設(shè)定方法在后面進(jìn)行說明。第1混頻器31將測定光接收部6的光接收信號(全頻譜)和振蕩器50的頻率 (40GHz-12. 5MHz)的和與差的頻率成分對第4濾波器51輸出。第4濾波器51在差的頻率成分中提取12. 5MHz的頻率成分。第2混頻器32將基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號(全頻譜)和振蕩器50的頻率 (40GHz-12. 5MHz)的和與差的頻率成分對第5濾波器52輸出。第5濾波器52在差的頻率成分中提取62. 5MHz的頻率成分。第3混頻器53將12. 5MHz和62. 5MHz的頻率成分相乘，將和與差的頻率成分對第 6濾波器M輸出。第6濾波器M將差的頻率成分(50MHz)作為測距信號，對相位差測定電路12輸出。相位差測定電路12輸入以第6濾波器M提取的測距信號(50MHz)和以第2濾波器11提取的基準(zhǔn)信號(50MHz)。相位差測定電路12和距離測定部17中的處理與第1實施方式相同。以下，針對振蕩器的頻率的設(shè)定方法進(jìn)行說明。圖6是說明光頻梳和提取的頻率成分的關(guān)系的說明圖，圖7是說明振蕩器的頻率的設(shè)定方法的說明圖。如圖6所示，在光頻梳的頻譜中將40GHz作為測距信號進(jìn)行利用的情況下，首先， 將測定光接收部6的光接收信號(全部頻譜)和振蕩器50的頻率(40GHZ-12. 5MHz)相乘，生成和與差的頻率成分。通過BPF (第4濾波器51)在該差的頻率成分中提取12. 5MHz的頻率成分。此夕卜，將基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號(全頻譜)和振蕩器50的頻率 (40GHz-12.5MHz)相乘，生成和與差的頻率成分。通過BPF (第5濾波器52)在該差的頻率成分中提取62. 5MHz的頻率成分。在圖7的下部右側(cè)示出將測定光接收部6和基準(zhǔn)光接收部3的光接收信號(全頻譜)與振蕩器50的頻率(40GHZ-12. 5MHz)直接相乘時的差的頻率成分。在圖7的下部右側(cè)示出的頻率成分，是將振蕩器50的頻率(40GHZ-12. 5MHz) 作為零，在希望提取的頻率成分(40GHz和40GHz+50MHz)將比振蕩器50的頻率 (40GHz-12. 5MHz)低的不要的頻率成分折返重疊的信號成分。在圖7的上部，為了不使不需要的頻率成分(例如40GHz_50MHz和40GHz_100MHz) 折返，重疊到希望提取的頻率成分(40GHz和40GHz+50MHz)，必須使振蕩器50的頻率為光頻梳的頻率間隔(50MHz)的1/2的整數(shù)倍以外(l/n(n Φ 1，2))。即，振蕩器50的頻率需要以相對于從測定光接收部6輸出的差拍信號僅具有光頻梳的頻率間隔的1/η (η Φ 1，2)的差的方式進(jìn)行設(shè)定。再有，在將振蕩器50的頻率設(shè)為光頻梳的頻率間隔的1/2的整數(shù)倍的情況下，比振蕩器50的頻率低的頻率成分和高的頻率成分重疊，不能維持希望提取的頻率成分。進(jìn)而，在圖7的下部左側(cè)示出將差的頻率成分放大了的圖。希望提取的頻率成分GOGHz和40GHz+50MHz)通過振蕩器50的頻率G0GHz_12. 5MHz)而被逐次差拍，如圖7的下部左側(cè)所示，成為12. 5MHz和62. 5MHz。成為，不要的頻率成分(40GHz_50MHz和 40GHz-100MHz)成為 37. 5MHz 和 75MHz。為了以BPF (第4濾波器51和第5濾波器52)容易地提取希望提取的頻率成分(12. 5MHz和62. 5MHz)，如圖3的下部左側(cè)所示，優(yōu)選差的頻率成分的間隔相等。因此，振蕩器50的頻率設(shè)定為相對于希望作為測距信號提取的頻率(40GHz)具有光頻梳的頻率間隔 (50MHz)的1/4的差的頻率(40GHZ-12. 5MHz)。再有，在這里使其相對于希望提取的頻率具有光頻梳的頻率間隔的1/4的差，但并不局限于此，使其相對于從測定光接收部6輸出的差拍信號具有光頻梳的頻率間隔的1/4的差也可。此外，在這里示出了不使用第1實施方式中的第1濾波器14和第3濾波器13的例子，但作為使用第1濾波器14和第3濾波器13的結(jié)構(gòu)也可。在該情況下，能夠抑制濾波器的性能。(第2實施方式的優(yōu)越性)
以下，針對第2實施方式的優(yōu)越性進(jìn)行說明。圖8是說明振蕩器的頻率的時間上的擺動和處理信號頻率的關(guān)系的說明圖。如圖8所示，在振蕩器50的頻率中有士 IOOppm的擺動的情況下(從39. 9835GHz到 39. 9915GHz)，來自測定光接收部6的頻率成分變?yōu)閺?. 5MHz到16. 5MHz，來自基準(zhǔn)光接收部3的頻率成分變?yōu)閺?8. 5MHz到66. 5MHz，各個頻率較大地受到擺動的影響。可是，在本實施方式中進(jìn)一步取得兩者的差，由于各自的差(50MHz)為光頻梳的頻率間隔(50MHz)是固定的，所以測距信號(處理信號)總是向50MHz逐次差拍。進(jìn)而，通過使振蕩器50的頻率相對于測定光接收部6輸出的差拍信號(40GHz) 具有光頻梳的頻率間隔的1/4的差，從而能夠高效率地設(shè)定對需要的頻率12. 5MHz和 62. 5MHz、除去的頻率37. 5MHz和75. OMHz進(jìn)行分選的第4濾波器51、第5濾波器52的特性。此外，需要的頻率和除去的頻率的分選變得容易。像這樣，根據(jù)第2實施方式，即使振蕩器50的頻率擺動，由于處理信號頻率不變化，所以能夠穩(wěn)定地測定測距信號和基準(zhǔn)信號的相位差，進(jìn)而能夠使頻率分選容易。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明能夠在使用光頻梳，根據(jù)2個以上的周期信號的相位差來測定距離的距離測定裝置中使用。
權(quán)利要求
1.一種距離測定裝置，其特征在于，具備 激光器裝置，作為激光光束產(chǎn)生光頻梳；分割單元，將所述激光光束分割為基準(zhǔn)光和測距光；基準(zhǔn)光接收部，對所述基準(zhǔn)光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍信號；測定光接收部，對所述測距光進(jìn)行光接收，輸出許多差拍信號；振蕩器，振蕩與從所述測定光接收部的差拍信號中提取的頻率成分不同頻率的周期信號；第1混頻器，生成來自所述測定光接收部的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分；第2混頻器，生成來自所述基準(zhǔn)光接收部的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分；第4濾波器，從以所述第1混頻器生成的頻率成分中提取差的頻率成分的差拍信號； 第5濾波器，從以所述第2混頻器生成的頻率成分中提取與以所述第4濾波器提取的頻率成分不同的頻率成分的差拍信號；第3混頻器，生成以所述第4濾波器提取的差拍信號與以所述第5濾波器提取的差拍信號的和與差的頻率成分；第6濾波器，從以所述第3混頻器生成的頻率成分中提取差的頻率成分的差拍信號； 第2濾波器，從所述基準(zhǔn)光接收部的差拍信號提取與以第6濾波器提取的頻率成分相同的頻率成分的差拍信號；相位差測定部，對以所述第6濾波器和所述第2濾波器提取的2個差拍信號的相位差進(jìn)行測定；以及距離測定部，基于以所述相位差測定部測定的相位差，對距離進(jìn)行測定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測定裝置，其特征在于，所述第1混頻器和所述第2混頻器分別對來自所述測定光接收部和所述基準(zhǔn)光接收部的許多差拍信號直接乘以所述振蕩器的周期信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測定裝置，其特征在于，所述振蕩器的頻率相對于所述測定光接收部的差拍信號僅具有所述光頻梳的頻率間隔的1/η (η Φ 1，2)的差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測定裝置，其特征在于，所述振蕩器的頻率相對于所述測定光接收部的差拍信號僅具有光頻梳的頻率間隔的1/4的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測定裝置，其特征在于，以所述第1混頻器和所述第2混頻器生成的信號成分中的頻譜的間隔是等間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的距離測定裝置，其特征在于，還具備 第1濾波器，從所述測定光接收部中提取至少1個差拍信號；以及第3濾波器，從所述基準(zhǔn)光接收部中提取至少1個差拍信號，所述第1混頻器生成來自所述第1濾波器的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分，所述第2混頻器生成來自所述第3濾波器的差拍信號與所述振蕩器振蕩的周期信號的和與差的頻率成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的距離測定裝置，其特征在于，所述振蕩器的頻率設(shè)定在通過所述第1濾波器和所述第3濾波器的頻率的范圍外。
全文摘要
即使在振蕩器的頻率中產(chǎn)生擺動，也根據(jù)逐次差拍的處理信號間的相位差來測定距離。距離測定裝置具備激光器裝置(1)，作為激光光束產(chǎn)生光頻梳；基準(zhǔn)光接收部(3)，對基準(zhǔn)光(27)進(jìn)行光接收；以及測定光接收部(6)，對測距光(28)進(jìn)行光接收。第1混頻器(31)和第2混頻器(32)將測定光接收部(6)和基準(zhǔn)光接收部(3)的光接收信號與具有特定的頻率的振蕩器(50)的周期信號相乘。第4濾波器(51)和第5濾波器(52)提取從在第1混頻器(31)和第2混頻器(32)生成的信號成分中提取不同的頻率成分。以第4濾波器(51)和第5濾波器(52)提取的信號在第3混頻器中相乘，以第6濾波器(54)提取差的頻率成分。相位差測定部(12)測定來自第6濾波器(54)和第2濾波器(11)的2個處理信號的相位差，距離測定部(17)根據(jù)該相位差測定距離。
文檔編號G01C3/06GK102341725SQ20108001016
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者吉村雄一, 大石政裕, 峰岸功, 神酒直人 申請人:株式會社拓普康