(57)【要約】      （修正有）【課題】低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い計測を行うことが可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を提供する。【解決手段】基準光検出器３、増幅回路３１Ａにより第１の干渉光から第１の干渉信号を生成するとともに、測定光検出器６、低利得増幅回路３１Ｂ、高利得増幅回路３１Ｃにより第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成し、第１の位相比較器３３Ａによる第１の干渉信号と低利得の第２の干渉信号との位相比較出力（第１の位相差情報）と、第２の位相比較器３３Ｂによる第１の干渉信号と高利得の第２の干渉信号とを位相比較出力（第２の位相差情報）とを、測定対象物５までの距離を示す距離情報として出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、
上記基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成する光コム干渉計と、
上記光コム干渉計により生成された第１の干渉光から第１の干渉信号を生成する第１の干渉信号生成手段と、
上記光コム干渉計により生成された第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成する第２の干渉信号生成手段と、
上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された低利得の第２の干渉信号とを位相比較する第１の位相比較手段と、
上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された高利得の第２の干渉信号とを位相比較する第２の位相比較手段と
を備え、
上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を出力することを特徴とする距離計。
【請求項２】
上記第１の干渉信号生成手段は、上記第１の干渉光が入射される基準光検出器と、入射された上記第１の干渉光を上記基準光検出器により得られる第１の干渉信号が入力される増幅回路からなり、
上記第２の干渉信号生成手段は、上記第２の干渉光が入射される測定光検出器と、入射された上記第２の干渉光を上記測定光検出器で検出することにより得られる第２の干渉信号が入力される低利得増幅回路と高利得増幅回路からなることを特徴とする請求項１に記載の距離計。
【請求項３】
上記第２の干渉信号生成手段は、上記測定光検出器として上記第２の干渉光が所定の分配比を有する測定光分配器を介して入射される第１の測定光検出器と第２の測定光検出器を備え、
上記低利得増幅回路には上記第１の測定光検出器により得られる第２の干渉信号が入射され、
上記高利得増幅回路には上記第２の測定光検出器により得られる第２の干渉信号が入射されることを特徴とする請求項２に記載の距離計。
【請求項４】
上記測定光分配器の分配比は、１：１であることを特徴とする請求項３に記載の距離計。
【請求項５】
上記測定光分配器の分配比が１：Ｎ（Ｎは1よりも大きい任意の正数）であり、上記低利得増幅回路と高利得増幅回路は、互いに利得が等しいことを特徴とする請求項３に記載の距離計。
【請求項６】
上記低利得増幅回路により増幅された第２の干渉信号と上記高利得増幅回路により増幅された第２の干渉信号との遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の距離計。
【請求項７】
上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を上記測定対象物までの距離を示す距離情報として選択するための付加情報を出力する付加情報生成手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の距離計。
【請求項８】
上記付加情報生成手段により生成された付加情報に基づいて、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を選択的に出力する距離情報選択手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の距離計。
【請求項９】
光コム干渉計により、基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成し、上記第１の干渉光と上記第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離測定方法であって、
上記第１の干渉光から第１の干渉信号を生成するとともに、上記第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成し、
上記第１の干渉信号と上記低利得の第２の干渉信号とを位相比較するとともに、上記第１の干渉信号と上記高利得の第２の干渉信号とを位相比較し、
上記第１の干渉信号と上記低利得の第２の干渉信号との位相比較出力として得られる第１の位相差情報と、上記第１の干渉信号と上記高利得の第２の干渉信号との位相比較出力として得られる第２の位相差情報を、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、出力することを特徴とする距離測定方法。
【請求項１０】
基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第１の干渉光から第１の干渉信号を生成する第１の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成する第２の干渉信号生成手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された低利得の第２の干渉信号とを位相比較する第１の位相比較手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された高利得の第２の干渉信号とを位相比較する第２の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を出力する距離計と、
上記距離計から出射される測定光で対象物体を走査し、上記対象物体により反射された上記測定光を上記距離計に戻す光学スキャン装置と、
上記光学スキャン装置を制御してレーザービームを走査すると同時に上記距離計が計測する上記第１の位相差情報又は第２の位相差情報に基づく絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する信号処理装置と
を備えることを特徴とする光学的三次元形状測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準光の干渉信号と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、精密なポイントの距離計測が可能なアクティブ式距離計測方法として、レーザ光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザ光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザ距離計ではレーザ光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測定対象物までの距離が算出される（たとえば特許文献1参照）。また、例えば、半導体レーザの駆動電流に三角波等の変調をかけ、対象物での反射光を半導体レーザ素子の中に埋め込まれたフォトダイオードを使用して受光し、フォトダイオード出力電流に現れた鋸歯状波の主波数から距離情報を得ている。
【０００３】
ある点から測定点までの絶対距離を高精度で測定する装置としてレーザ距離計が知られている。たとえば、特許文献１には、基準光の干渉信号と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計が記載されている。
【０００４】
従来の絶対距離計では、長い距離を高精度で測れる実用的な絶対距離計を実現することが難しく、高い分解能を得るためにはレーザ変位計のように原点復帰が必要なため絶対距離測定に適さない方法しか手段がなかった。
【０００５】
本件発明者等は、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を先に提案している（例えば、特許文献２参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４３２３４号公報
【特許文献２】特許第５２３１８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、光学的形状測定において粗材面のように反射率の低い材料の形状を見る場合には、高利得の受光系を用意して、微小な反射光でも適正な信号振幅の範囲に入るように受光から信号処理までのシステム設計がなされる。
【０００８】
その設定は、反射率の高い清浄な加工面や鏡面に対しては利得が過大となり、Ａ／Ｄ変換器の入力範囲を超える、信号波形が飽和するなどの現象が発生する結果、計測誤差の増大を引き起こす。
【０００９】
逆に鏡面のように反射率の高い面を前提とした利得設定にすると、粗材面での感度が不足する結果、計測精度の悪化を招くという問題がある。
【００１０】
測定対象の反射率がどちらかに偏っていれば利得を切り替えて測定すれば良いが、高反射部と低反射部が混在する場合にはどちらか一方を選択することになり、他方を犠牲にせざるを得ない。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い計測を行うことが可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第１の干渉光から第１の干渉信号を生成する第１の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成する第２の干渉信号生成手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された低利得の第２の干渉信号とを位相比較する第１の位相比較手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された高利得の第２の干渉信号とを位相比較する第２の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を出力することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る距離計において、上記第１の干渉信号生成手段は、例えば、上記第１の干渉光が入射される基準光検出器と、入射された上記第１の干渉光を上記基準光検出器により得られる第１の干渉信号が入力される増幅回路からなり、上記第２の干渉信号生成手段は、上記第２の干渉光が入射される測定光検出器と、入射された上記第２の干渉光を上記測定光検出器で検出することにより得られる第１の干渉信号が入力される低利得増幅回路と高利得増幅回路からなるものとすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る距離計において、上記第２の干渉信号生成手段は、例えば、上記測定光検出器として上記第２の干渉光が所定の分配比を有する測定光分配器を介して入射される第１の測定光検出器と第２の測定光検出器を備え、上記低利得増幅回路には上記第１の測定光検出器により得られる第２の干渉信号が入射され、上記高利得増幅回路には上記第２の測定光検出器により得られる第２の干渉信号が入射されるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る距離計において、上記測定光分配器の分配比は、例えば、１：１とすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る距離計において、例えば、上記測定光分配器の分配比が１：Ｎ（Ｎは1よりも大きい任意の正数）であり、上記低利得増幅回路と高利得増幅回路は、互いに利得が等しいものとすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る距離計は、例えば、上記低利得増幅回路により増幅された第２の干渉信号と上記高利得増幅回路により増幅された第２の干渉信号との遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段を備えるものとすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る距離計は、例えば、上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を上記測定対象物までの距離を示す距離情報として選択するための付加情報を出力する付加情報生成手段を備えるものとすることができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る距離計は、例えば、上記付加情報生成手段により生成された付加情報に基づいて、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を選択的に出力する距離情報選択手段を備えるものとすることができる。
【００２１】
また、本発明は、光コム干渉計により、基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成し、上記第１の干渉光と上記第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離測定方法であって、上記第１の干渉光から第１の干渉信号を生成するとともに、上記第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成し、上記第１の干渉信号と上記低利得の第２の干渉信号とを位相比較するとともに、上記第１の干渉信号と上記高利得の第２の干渉信号とを位相比較し、上記第１の干渉信号と上記低利得の第２の干渉信号との位相比較出力として得られる第１の位相差情報と、上記第１の干渉信号と上記高利得の第２の干渉信号との位相比較出力として得られる第２の位相差情報を、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、出力することを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明に係る光学的三次元形状測定機は、基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光との位相差から、上記測定対象物までの距離を算出する距離計であって、上記基準光と測定光とを合波した第１の干渉光と、測定対象物による上記測定光の反射光と上記基準光とを合波した第２の干渉光を生成する光コム干渉計と、上記光コム干渉計により生成された第１の干渉光から第１の干渉信号を生成する第１の干渉信号生成手段と、上記光コム干渉計により生成された第２の干渉光から低利得の第２の干渉信号と高利得の第２の干渉信号を生成する第２の干渉信号生成手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された低利得の第２の干渉信号とを位相比較する第１の位相比較手段と、上記第１の干渉信号生成手段により生成された第１の干渉信号と上記第２の干渉信号生成手段により生成された高利得の第２の干渉信号とを位相比較する第２の位相比較手段とを備え、上記測定対象物までの距離を示す距離情報として、上記第１の位相比較手段により得られる第１の位相差情報と上記 第２の位相比較手段により得られる第２の位相差情報を出力する距離計と、上記距離計から出射される測定光で対象物体を走査し、上記対象物体により反射された上記測定光を上記距離計に戻す光学スキャン装置と、上記光学スキャン装置を制御してレーザービームを走査すると同時に上記距離計が計測する上記第１の位相差情報又は第２の位相差情報に基づく絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する信号処理装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、光コム干渉計の測定光検出器の出力を低利得側と高利得側に分離して並列に位相比較を実行することにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い計測を行うこと可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るレーザ距離計の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】上記レーザ距離計における反射光レベルと測定光レベルの関係を示す特性図である。
【図３】本発明を適用したレーザ距離計の構成を示すブロック図である。
【図４】測定距離に比例する基準光パルスと測定光パルスの時間の測定を、互いに変調周期の異なる干渉性のある２台のパルス光源の干渉によって行う場合の模式図である。
【図５】光スペクトル及びビート信号スペクトルの模式図である。
【図６】上記レーザ距離計における光源として使用される光周波数コム発生器の構造を模式的に示す断面図である。
【図７】上記光周波数コム発生器の出力を模式的に示す図である。
【図８】上記レーザ距離計において２台の光周波数コム発生器を用いた光源の構成を模式的に示すブロック図である。
【図９】上記光源を構成している２台の光周波数コム発生器の出力を模式的に示す図である。
【図１０】上記レーザ距離計における測定距離が付近の干渉波形の例を示す図である。
【図１１】本発明に係るレーザ距離計の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係るレーザ距離計における低利得の第２の干渉信号と高利得の干渉信号との遅延時間の誤差を示す特性図である。
【図１３】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１６】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１７】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１８】本発明に係るレーザ距離計の他の要部構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１８に示したレーザ距離計における出力情報選択部による第１の距離情報と第２の距離情報の切り替え特性に持たせるヒテリシスを示す特性図である。
【図２０】本発明に係るレーザ距離計を用いた光学的三次元形状測定機の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００２６】
図１は、本発明に係るレーザ距離計１０の基本的な構成を示すブロック図である。
【００２７】
このレーザ距離計１０は、光コム干渉計５０と、光コム干渉計５０により得られる第１の干渉光Ｓ３が入射される基準光検出器３と、光コム干渉計５０により得られる第２の干渉光Ｓ４が入射される測定光検出器６と、基準光検出器３により得られる第１の干渉信号ｆｂ１と測定光検出器６により得られる第２の干渉信号ｆｂ２が入力される信号処理部７からなり、例えば、図３に示すような構成のレーザ距離計に適用される。
【００２８】
基準光検出器３は、光コム干渉計５０から出射された第１の干渉光Ｓ３を受光して光電変換することにより、第１の干渉光Ｓ３から第１の干渉信号ｆｂ１を生成する。
【００２９】
また、測定光検出器６は、光コム干渉計５０から出射された第２の干渉光Ｓ４を受光して光電変換することにより、第２の干渉光Ｓ４から第２の干渉信号ｆｂ２を生成する。
【００３０】
信号処理部７は、基準光検出器３により得られる第１の干渉信号ｆｂ１が入力される増幅回路３１Ａと、測定光検出器６により得られる第２の干渉信号ｆｂ２が入力される低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃを備えている。
【００３１】
増幅回路３１Ａは、基準光検出器３により生成された第１の干渉信号ｆｂ１を所定の利得Ａ１で増幅する。この増幅回路３１Ａにより増幅された第１の干渉信号ｆｂ１Ａは、Ａ／Ｄ変換器３２に供給される。
【００３２】
このレーザ距離計１０において、基準光検出器３と増幅回路３１Ａは、上記光コム干渉計５０により生成された第１の干渉光Ｓ３から第１の干渉信号ｆｂ１Ａを生成する第１の干渉信号生成手段として機能する。
【００３３】
低利得増幅回路３１Ｂは、測定光検出器６により生成された第２の干渉信号ｆｂ２を所定の利得Ａ２で増幅する。この増幅回路３１Ｂにより増幅された第２の干渉信号ｆｂ２Ｌは、Ａ／Ｄ変換器３２に供給される。また、高利得増幅回路３１Ｃは、測定光検出器６により生成された第２の干渉信号ｆｂ２を、所定の利得Ａ３で増幅する。この増幅回路３１Ｃにより増幅された第２の干渉信号ｆｂ２Ｈは、Ａ／Ｄ変換器３２に供給される。
【００３４】
このレーザ距離計１０において、測定光検出器６、低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃは、上記光コム干渉計５０により生成された第２の干渉光Ｓ４から低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを生成する第２の干渉信号生成手段として機能する。
【００３５】
さらに、このレーザ距離計１０における信号処理部７は、基準光検出器３から増幅回路３１Ａを介して出力される第１の干渉信号ｆｂ１Ａと測定光検出器６から低利得増幅回路３１Ｂを介して出力される低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとを位相比較する第１の位相比較器３３Ａと、測定光検出器６から高利得増幅回路３１Ｃを介して出力される高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとを位相比較する第２の位相比較器３３Ｂを備える。
【００３６】
このレーザ距離計１０において、第１の位相比較器３３Ａ及び第２の位相比較器３３Ｂは、Ａ／Ｄ変換器３２によりデジタル化された第１の干渉信号ｆｂ１Ａと低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの位相比較をデジタル信号処理により行う。
【００３７】
第１の位相比較器３３Ａは、増幅回路３１Ａにより増幅された第１の干渉信号ｆｂ１と低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとを位相比較することにより位相差情報を生成する第１の位相比較手段として機能する。この第１の位相比較器３３Ａにより得られる位相差情報は、第１の位相・距離情報出力部３４Ａを介して測定対象物５までの距離を示す第１の距離情報Ｄｐ１として出力される。
【００３８】
第２の位相比較器３３Ｂは、第１の干渉信号ｆｂ１A と高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとを位相比較することにより位相差情報を生成する第２の位相比較手段として機能する。この第２の位相比較器３３Ｂにより得られる位相差情報は、第２の位相・距離情報出力部３４Ｂを介して測定対象物５までの距離を示す第２の距離情報Ｄｐ２として出力される。
【００３９】
このレーザ距離計１０において、光コム干渉計５０から測定対象物５に測定光Ｓ２を照射して、測定光Ｓ２が測定対象物５により反射されて光コム干渉計５０に入射される反射光Ｓ２’と光パワーレベル（反射光レベル）と、この反射光Ｓ２’が入射された光コム干渉計５０から出射される第２の干渉光Ｓ４を検出する測定光検出器６により得られる第２の干渉信号ｆｂ２が低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃを介して出力される低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの信号強度（測定信号レベル）の関係を図２に示す。
【００４０】
図２は、このレーザ距離計１０における反射光レベルと測定信号レベルの関係を両対数表示した特性図である。
【００４１】
このレーザ距離計１０では、測定光検出器６により得られる第２の干渉信号ｆｂ２を低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより利得の異なる２チャンネルの第２の干渉信号ｆｂ２すなわち低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとすることにより、反射光レベルの低い領域では高い利得Ａ３の高利得増幅回路３１Ｃにより第２の干渉信号ｆｂ２を増幅して高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを得ることができ、また、反射光レベルの高い領域では低い利得Ａ２の低利得増幅回路３１Ａにより第２の干渉信号ｆｂ２を増幅して低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌを得ることができるので、反射光レベルに対する有効範囲拡大することができ、図２に示す高利得増幅回路３１Ｃによる高利得回路有効範囲と低利得増幅回路３１Ｂによる低利得回路有効範囲の両方を反射光レベルに対する有効範囲とすることができる。
【００４２】
なお、図２の縦軸に示す測定信号レベルは、信号周期の１波形分のデータの二乗和の積算により得られる信号の平均パワーであってもよい。
【００４３】
このように、レーザ距離計１０では、光コム干渉計５０により、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２とを合波した第１の干渉光Ｓ３と、測定対象物５による上記測定光Ｓ２の反射光Ｓ２'と上記基準光Ｓ１とを合波した第２の干渉光Ｓ4を生成し、上記第１の干渉光Ｓ3と上記第２の干渉光Ｓ4との位相差から、上記測定対象物５までの距離を算出するにあたり、第１の干渉光Ｓ３から第１の干渉信号ｆｂ１Aを生成するとともに、上記第２の干渉光Ｓ4から低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとを生成し、上記第１の干渉信号ｆｂ１Ａと上記低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとを位相比較するとともに、上記第１の干渉信号ｆｂ１Aと上記高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとを位相比較し、上記第１の干渉信号ｆｂ１と上記低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとの位相比較出力として得られる第１の位相差情報Ｄｐ１と、上記第１の干渉信号ｆｂ１と上記高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとの位相比較出力として得られる第２の位相差情報Ｄｐ２を、上記測定対象物５までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。
【００４４】
すなわち、例えば、図３に示すレーザ距離計１０のように、本件発明者等が先に提案した特許文献２に記載されているレーザ距離計に本発明を適用することにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。
【００４５】
上記第１及び第２の光源１，２は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するための光変調器を備える２台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる２台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる２台のパルス源からなる。
【００４６】
上記第１及び第２の光源１，２は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するための光変調器を備える２台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる２台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる２台のパルス光源からなる。
【００４７】
上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、半透鏡又は偏光ビームスプリッタからなる光混合素子１１により混合されて重ね合わされ、半透鏡からなる光分離素子１２により、上記基準光検出器３に向かう光と測定対象に向かう光に分離される。
【００４８】
ここでは、上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、互いに偏光面が直交してものとし、半透鏡からなる光混合素子１１により混合され、その混合光が光分離素子１２により反射されて偏光子１３を介して上記基準光検出器３に入射されるとともに、上記光分離素子１２を通過した混合光が偏光ビームスプリッタ１４により偏光に応じて基準光Ｓ１と測定光Ｓ２に分離されて、上記基準光Ｓ１が基準面４に入射され、また、上記測定光Ｓ２が測定面５に入射されるようになっている。
【００４９】
なお、ここでは、上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、互いに偏光面が直交したものとしたが、上記光混合素子１１として偏光ビームスプリッタを用いて、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の互いに偏光面が直交する成分を混合するようにしてもよい。
【００５０】
さらに、上記基準面４により反射された基準光Ｓ１’と、上記測定面５により反射された測定光Ｓ２’は、上記偏光ビームスプリッタ１４により混合され、その混合光が上記光分離素子１２により反射されて偏光子１５を介して上記測定光検出器６に入射されるようになっている。
【００５１】
そして、上記基準光検出器３は、上記偏光子１３を介して入射される上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との混合光を受光することより、上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の干渉光Ｓ３を検出するようになっている。
【００５２】
また、上記測定光検出器６は、上記偏光子１５を介して入射される上記基準光Ｓ１’と上記測定光Ｓ２’の混合光を受光することにより、上記基準面４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面５により反射された測定光Ｓ２’の干渉光Ｓ４を検出するようになっている。
【００５３】
このレーザ距離計１０では、図３中に太線で示す上記光混合素子１１から偏光ビームスプリッタ１４までの光路では、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２が干渉しないように偏光を直交させてあり、上記偏光ビームスプリッタ１４により上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を偏光に応じて分離して上記基準面４と上記測定面５に入射させる。そして、上記基準面４と上記測定面５で反射された上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’を上記偏光ビームスプリッタ１４により混合し、その混合光を上記光分離素子１２により反射して上記測定光検出器６に入射させ、上記基準面４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面５により反射された測定光Ｓ２’の干渉光Ｓ４を上記測定光検出器６により検出する。
【００５４】
ここで、上記光混合素子１１から偏光ビームスプリッタ１４までの光路中に設けられた光分離素子１２を介して基準光検出器３に導かれる混合光に含まれる基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は偏光が直交しているため、そのまま上記基準検出器３に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子１３を挿入し、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の偏光に対して斜めになるように上記偏光子１３の向きを調整しておくことにより、上記偏光子１３の透過成分として上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の成分が混合された干渉光Ｓ３が基準検出器３に入射されるようにして、上記基準検出器３により干渉信号を得るようにしている。同様に、上記光分離素子１２を介して測定光検出器６に導かれる混合光に含まれる基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’は偏光が直交しているため、そのまま上記測定検出器６に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子１５を挿入し、上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’の偏光に対して斜めになるように上記偏光子１５の向きを調整しておくことにより、上記偏光子１５の透過成分として上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’の成分が混合された干渉光Ｓ４が測定光検出器６に入射されるようにして、上記測定検出器６により干渉信号を得るようにしている。なお、偏光子に替えて半波長板と偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【００５５】
上記基準光検出器３によって得られる干渉信号は、キャリア周波数が上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２のキャリア光周波数の差であり、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の光パルス繰り返し周波数の差の周波数で同じ干渉波形が繰り返される。
【００５６】
このレーザ距離計１０において、上記基準光検出器３の役割は、遅延時間計測の基準を生成することである。上記第１及び第２の光源１，２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、繰り返し周波数が等しくないので、光源が動作を開始した時にタイミングがずれていても、少しずつタイミングがずれていき、必ずどこかで基準光Ｓ１の光パルスと測定光Ｓ２の光パルスが重なる瞬間が現れる。また、その重なる瞬間は基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の繰り返し周波数の差の繰り返し周波数で周期的に現れる。この光パルスと光パルスの重なる瞬間が、遅延時間計測の基準となる。
【００５７】
また、測定光検出器６によって得られる干渉信号は、上記基準光検出器３によって得られる干渉信号と同じくキャリア周波数が基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’のキャリア光周波数の差であり、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の光パルス繰り返し周波数の差と同じ繰り返し周波数を持つ。しかし、上記測定光検出器６に入力される光パルスは、基準反射鏡４までの距離Ｌ１と測定反射鏡５までの距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２−Ｌ１）の分だけ、光パルスのタイミングが遅れるため、光パルスと光パルスの重なる瞬間が上記基準光検出器３によって得られる干渉信号と比較して遅れる。この遅れ時間が上記距離差の絶対値（Ｌ２−Ｌ１）の２倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間であり、真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎｇで割ることにより距離が得られる。
【００５８】
このように、周期の異なる２台のパルス光源の干渉によって距離計測を行う場合、時間基準を与える干渉信号の基準光検出器３が不可欠であり、基準光検出器３と測定光検出器６により得られる各干渉信号の時間差を比較することによって初めて距離測定が可能となる。
【００５９】
そこで、レーザ距離計１０において、上記信号処理部７は、上記基準光検出器３により上記干渉光Ｓ３を検出して得られる干渉信号と上記測定光検出器６により上記干渉光Ｓ４を検出して得られる干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面４までの距離Ｌ１と上記測定面５までの距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２−Ｌ１）を求める処理を行う。
【００６０】
すなわち、このレーザ距離計１０では、第１及び第２の光源１，２から出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を基準面４と測定面５に照射し、上記基準面４と測定面５に照射する基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を基準光検出器３により検出するとともに、上記基準面４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を測定光検出器６により検出し、上記信号処理部７により、上記基準光検出器３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と上記測定光検出器６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面４までの距離と上記測定面５までの距離の差を求める。
【００６１】
ここで、このレーザ距離計１０における距離測定の原理について説明する。
【００６２】
距離測定の原理は、光パルスの時間遅延から距離を求める距離計に準ずる。すなわち、距離（Ｌ２−Ｌ１）を往復する際の時間遅延ΔＴ＝２×ｎｇ×（Ｌ２−Ｌ１）／ｃを計測して、光路の群屈折率ｎｇ、真空中の光速ｃから（Ｌ２−Ｌ１）を計算する。
【００６３】
包絡線波形ｆ（ｔ）、キャリア周波数ω０＝２πｆ０の光パルスは、次のように表わすことができる。
【数１】
2020008357.tif 000003
【００６４】
この光パルスを基準パルスとすると、基準パルスのフーリエ変換は、包絡線パルスｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ω）を用いて、次の（１）式で表わされる。
【数２】
2020008357.tif 000004
【００６５】
フーリエ変換の演算をＦＦＴ［  ］で表した。そして、基準パルスが、測定距離の伝搬による遅延の影響を受けたとすると、遅延パルスの波形とそのフーリエ変換は、次の（２）式の形で表わされる。
【数３】
2020008357.tif 000005
【００６６】
ここで、時間ΔＴは遅延時間である。絶対距離を測るためには時間軸の包絡線の時間波形ｆ（ｔ−ΔＴ）からΔＴを求めるか、（２）式の右辺のＢ項で示される周波数軸の位相特性ｅ−ｊＢを求めればよい。ωは角周波数でありｆを周波数としてω＝２πｆの関係がある。（２）式の左辺のｊＡ項は、キャリア成分の位相シフトを表す。この項は、光の半波長の距離で２πラジアン変化する感度の高い成分であり、変位測定に用いられる。
【００６７】
距離測定の分解能を１μｍより高めるためには、包絡線の時間波形ｆ（ｔ−ΔＴ）又は周波数軸の位相特性ｅ−ｊＢから遅延時間ΔＴを求めるための時間分解能をフェムト秒のオーダーに高めなければならない。電気回路の周波数帯域の上限が数十ＧＨｚであることを考えると困難である。そこで、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を発生する２つの光源を用意して干渉させ、電気的に処理が可能な周波数に落として遅延時間ΔＴを計測するのがレーザ距離計１０による距離測定の方法である。
【００６８】
測定距離（Ｌ２−Ｌ１）に比例する基準光パルスＰ１と測定光パルスＰ２の時間ΔＴの測定を、互いに変調周期の異なる干渉性のある２台のパルス光源の干渉によって行う場合の模式図を図４の（Ａ），（Ｂ）に示す。
【００６９】
図４の（Ａ）は基準光検出器３が受光する光パルス列を表す。Ｓ１，Ｓ２は、それぞれ基準光パルスと測定光パルスの包絡線の時間波形である。繰り返し周波数は基準光パルスＳ１がｆｍ＋Δｆｍ、測定光パルスＳ２がｆｍであると仮定する。繰り返し周期はＳ１がＴ’＝１／（ｆｍ＋Δｆｍ）、Ｓ２がＴ＝１／ｆｍである。重なったパルスを基準に計測した時刻をそれぞれの繰り返し周期で規格化した値をＮとすると、Ｓ１とＳ２のパルスはそれぞれのＮが整数の時刻にＮ番目のパルスが検出器に到着することになる。Ｓ１とＳ２のＮ番目のパルスの到着時刻を比較すると、パルス列の周期の違い（Ｔ−Ｔ’）のＮ倍の時間だけ基準光パルスＳ１が先に到着する。パルス到着時間のずれはＮに比例して大きくなり、あるＮ番目のパルスでは、（Ｔ−Ｔ’）Ｎ＝Ｔとなり、Ｎ番目の基準光パルスＳ１がＮ−１番目の測定光パルスＳ２に追い付いて同じ時刻に到着する。
【００７０】
Ｓ１、Ｓ２のタイミングが一致するまでのパルスの個数Ｎは、次の（３）式により求められる。
【数４】
2020008357.tif 000006
【００７１】
Ｓ１とＳ２の干渉信号は、互いのパルスが重なり合うタイミングで発生する。したがって、干渉信号の周期Ｔｂは、次の（４）式で表され、２つのパルス列の繰り返し周波数差Δｆｍの逆数に等しい。
【数５】
2020008357.tif 000007
【００７２】
また、Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ一定の繰り返し周波数を持つパルス列であるから、干渉信号も一定の周期Ｔｂで同じ波形を繰り返す。繰り返し周波数差Δｆｍが大きすぎると光パルスが重なり合う時間が短くなるため干渉信号がとりにくくなる。それを避けるためΔｆｍ<<ｆｍのように繰り返し周波数差を設定する。
【００７３】
また、図４の（Ｂ）は、測定光検出器６が受光するパルス列を表す。図４の（Ａ）に示すパルスと比較して、測定光パルスＳ２が光路長（Ｌ２−Ｌ１）を往復したことによる時間ΔＴだけ遅れて到着している。この場合、Ｓ１とＳ２のパルスが重なる番号Ｎ’は、Ｎ’に比例して大きくなる周期のずれとΔＴの和が測定光パルスの周期Ｔに一致した瞬間であり、次の（５）式で表わすことができる。
【数６】
2020008357.tif 000008
【００７４】
したがって、Ｎ’は、次の（６）式で与えられる。
【数７】
2020008357.tif 000009
【００７５】
ただし、δ＝ΔＴｆｍである。ΔＴが０から測定光パルスの繰り返し周期Ｔまで変化する間にδは０〜１まで直線的に変化する。
【００７６】
測定光検出器の受光パルスＳ１，Ｓ２が重なる時間を基準光検出器が受光するパルスが重なるＮ＝０の時刻を基準に計測するとその時刻は次の（７）式で示されるＮ’Ｔ’で与えられる。
【数８】
2020008357.tif 000010
【００７７】
δが測定光パルスの１周期の間で０から１まで変化するとＮ’Ｔ’はＴｂ〜０まで直線的に変化する。遅延時間ΔＴがあっても、０〜Ｔｂまでの間に必ず１か所Ｓ１パルスがＳ２パルスを追い越していく時刻が存在するため、０〜Ｔｂの間で必ず干渉信号が得られる。Ｎ＝０の時刻で発生する基準光検出器の干渉信号と遅延時間ΔＴのために遅れて発生する測定光検出器の干渉信号の時刻を比較することによって遅延時間ΔＴが求められる。
【００７８】
例えば、基準光パルスの繰り返し周波数を２５ＧＨｚ＋１００ｋＨｚ、測定光パルスの繰り返し周波数を２５ＧＨｚとすると、ΔＴが０〜４０ｐｓの範囲で変化すると、干渉信号の発生時刻は１０μｓ〜０の間で変化する。４０ｐｓの時間内で起こる変化を１０μｓの時間幅に引き伸ばして計測できる。１フェムト秒の時間差であっても２５０ｐｓとして観測できるため、直接フェムト秒の分解能で時間計測を行うよりもはるかに低い周波数帯域の電気回路で取り扱うことができる。
【００７９】
測定光パルスに与えられる時間遅延の符号とビート信号の時間遅延の符号の関係は、Ｓ１とＳ２の繰り返し周波数とキャリア周波数の大小関係に依存する。
【００８０】
図５の（Ａ）は、光スペクトルの模式図である。Ｓ１は基準光のスペクトル、Ｓ２は測定光のスペクトルを表す。Ｓ１、Ｓ２は光パルスの繰り返し周波数に一致したコム状のモードを持っており、モード間隔はそれぞれＳ１がｆｍ＋Δｆｍ、Ｓ２がｆｍである。図５の（Ａ）では、スペクトル中央のモードを中心にモード番号を付け、Ｎ＝０のモード間の干渉信号の周波数をｆａと仮定している。Ｓ１とＳ２の干渉波形にはさまざまなモード間の差周波数が含まれるが、同じモード番号間の差周波数が最も低い周波数帯に現れるため、適当な周波数帯域の光検出器を使用すると高い差周波数成分は検出信号から除外される。この場合、同じモード番号の干渉波形だけがビート信号として光検出器から取り出される。
【００８１】
また、図５の（Ｂ）は、ビート信号スペクトルの模式図である。周波数ｆａを中心にΔｆｍ間隔のコム状の電気信号スペクトルが得られる。ビート信号の時間波形は各周波数成分を重ね合わせたものである。周波数軸の位相特性ｅ−ｊＢを求めるためには、基準光検出器の出力ビート信号のスペクトルから基準となる位相特性を求め、同時に測定光検出器の出力ビート信号スペクトルから求められる位相特性を求め、それらを比較する。光分離素子１２までの光路差に依存するビート信号スペクトルの位相特性は共通なので、比較によって得られる位相特性の違いは測定距離（Ｌ２−Ｌ１）の伝搬によるものである。測定光スペクトルと基準光スペクトルの各モードの位相差情報が、ビート信号スペクトルの各モード番号の位相に反映される。ビート信号スペクトルのモード番号と位相の関係を測定光スペクトルのモード番号と位相差の関係に置き換えて光周波数と位相差の関係ωΔＴを求め、その直線をωで微分して得られる係数からΔＴを求める。
【００８２】
光コム干渉による距離測定をビート信号の周波数解析により行うと、光スペクトルが持つ広い帯域をΔｆｍ／ｆｍに圧縮して電気的に解析できるため、光パルスの往復時間を計測する距離計でありながら高い分解能を得ることができる。
【００８３】
計測に必要な時間は、干渉信号の１周期ＴｂであるΔｆを１００ｋＨｚとすると周期Ｔｂは１０μｓであり、短時間に距離を測定することができる。
【００８４】
したがって、このような構成のレーザ距離計１０では、第１及び第２の光源１，２から出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を基準面４と測定面５に照射し、上記基準面４と測定面５に照射する基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を基準光検出器３により検出するとともに、上記基準面４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を測定光検出器６により検出する光コム干渉計５０を備え、上記信号処理部７により、上記基準光検出器３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と上記測定光検出器６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面４までの距離と上記測定面５までの距離の差を求めることにより、長い距離を高い精度でしかも短時間に測定することができる。
【００８５】
ここで、上記レーザ距離計１０における第１及び第２の光源１，２としては、例えば、モード周波数間隔が異なる２台の光周波数コム発生器、あるいは、それぞれ周期的に強度又は位相が変調されかつキャリア周波数が安定化された２台の光源などを用いることができる。
【００８６】
距離計としての性能は、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２ほぼ出射する上記第１及び第２の光源１，２の性能で決定される。距離測定の分解能は光スペクトル幅または光パルス幅に依存しており、光スペクトルの幅が広い、または光パルスの幅が狭いほど距離測定の分解能を高くすることができる。また、絶対距離測定の確度は光コムモードの周波数間隔または光パルスの繰り返し周波数の確度に依存している。マイクロ波の絶対周波数確度が高いほど絶対距離測定の確度を高めることができる。さらに測定値のばらつきはｆｍやｆｍ＋Δｆｍの安定度に依存する。
【００８７】
また、上記レーザ距離計１０では、２台の光源１、２から出射される光の干渉を使って距離の測定を行うので、上記第１及び第２の光源１、２は、光コムモード間隔または光パルス繰り返し周波数または変調周期が異なりかつ干渉性の良いものでなければならない。
【００８８】
独立に発振するパルスレーザは、通常レーザ発振の中心周波数や繰り返し周波数がばらばらであり、その変動に相関がない。したがって２台の独立したパルスレーザを使用して距離計測を行う場合、精度を高めるためには、発振波長や光位相、パルスの繰り返し周波数を相対的に固定することが重要である。
【００８９】
外部変調された２台の光源または２台の光周波数コム発生器を使用すると距離計の要求を満たす光源を比較適容易に実現できる。特に、２台の発振器の同期をとった光周波数コム発生器は、互いに干渉性が良い、繰り返し周波数が安定、スペクトルの広がりが大きくパルス幅が短い、といった特徴を持つため、このレーザ距離計１０に最適な光源である。
【００９０】
なお、光周波数コム発生器２０は、例えば、図６に示すように、一対の反射鏡２１Ａ，２１Ｂで構成される光共振器２１の内部に光位相変調器２２を挿入してなるもので、単一周波数の連続波（周波数：ν）の光を入力し、光共振器２１の自由スペクトル域（ＦＳＲ）の整数倍に一致した周波数で光位相変調器２２を駆動すると、光共振器２１内の多重往復の周期と変調信号周期の同期がとれるため共振器のない光位相変調器と比べて極めて効率の良い変調が行われ、サイドバンドの本数は数百から数千本に達し、数テラヘルツのスペクトル広がりを持つ光周波数コムを出力として得ることができる。光周波数コム発生器２０では、時間的にも短いパルスを発生することが可能で、時間幅１ピコ秒以下の光パルスを発生することができる。光周波数コム発生器２０の出力は、中心周波数が入力周波数と等しく周波数間隔が変調周波数に等しいコム（櫛）状の光であり、図７に示すように、時間軸では、繰り返し周波数がｆｍであるパルス列である。変調指数を上げてスペクトルの広がりを大きくするほど時間幅の短いパルスを得ることができる。
【００９１】
ここで、上記レーザ距離計１０における第１、第２の光源１，２として２台の光周波数コム発生器を使用する場合、例えば、図８に示すような構成の光源１００とされる。
【００９２】
すなわち、この光源１００では、１台の単一周波数発振のレーザ光源１０１から出射されるレーザ光がビームスプリッタ１０２により分割されて２台の光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ１、ＯＦＣＧ２）２０Ａ，２０Ｂに入力されるようになっている。
【００９３】
２台の光周波数コム発生器２０Ａ，２０Ｂは、互いに異なる周波数ｆｍ＋Δｆｍと周波数ｆｍで発振する発振器１０３Ａ，１０３Ｂにより駆動される。それぞれの発振器１０３Ａ，１０３Ｂは、共通の基準発振器１０４により位相同期されることにより、ｆｍ＋Δｆｍとｆｍの相対周波数が安定になる。光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ１）２０Ａの前には、音響光学周波数シフタ（ＡＯＦＳ）のような周波数シフタ１０５を設けて、入力されたレーザ光にこの周波数シフタ１０５により周波数ｆａの光周波数シフトを与えるようになっている。これにより、キャリア周波数間のビート周波数が直流信号ではなく周波数ｆａの交流信号になる。その結果、キャリア周波数の高周波側サイドバンドのビート信号と低周波側サイドバンドのビート信号がビート信号のキャリア周波数間のビート周波数ｆａを挟んで相対する周波数領域に発生するため位相比較に都合が良い。
【００９４】
上記光源１００を構成している２台の光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ１、ＯＦＣＧ２）２０Ａ，２０Ｂは、図９の（Ａ），（Ｂ）に示すような周波数の光周波数コムを出力する。
【００９５】
すなわち、光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ２）２０Ｂの出力は、図９の（Ａ）に示すように、中心にｆｍの周波数間隔でコム状のモードが並ぶ。光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ１）２０Ａの出力は、図９の（Ｂ）に示すように、周波数ν＋ｆａを中心にｆｍ＋Δｆｍの周波数間隔でコム状のモードが並ぶ。
【００９６】
このような構成の光源１００を上記第１、第２の光源１，２として備えたレーザ距離計１０において、基準光検出器３の入力前で重ね合わされたｎ次モードの電界の振幅ｅｎ（ｔ）は、次の（８）式で表される。
【数９】
2020008357.tif 000011
【００９７】
ここで、ＥＲｎは、光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ１）２０Ａから出射される基準光Ｓ１の電界を表し、ＥＴｎは、光周波数コム発生器（ＯＦＣＧ２）２０Ｂから出射される測定光Ｓ２の電界を表す。次数の異なるモード間の干渉信号は、変調周波数ｆｍとその周辺に現れる。したがって、光検出器の帯域をｆａやΔｆに比べて十分広いがｆｍより小さくとるか、フィルタを使用して高周波成分を取り除くと、同じ次数のモード間のビート周波数だけが残る。θｎはｎ次モードの位相差である。基準光ｎ次モードの位相を基準にした測定光ｎ次モードの相対位相を表している。
【００９８】
また、光検出器の出力電流ｉｎ（ｔ）は、ａを係数として、次の（９）式にて表すことができる。
【数１０】
2020008357.tif 000012
【００９９】
（９）式のθｎを与える時間遅延は、基準光検出器３の場合、ビームスプリッタ１０２で光を分離してから光混合素子１１で重ね合わせられるまでの光路差や信号ケーブルの長さに依存する。この時間遅延は、基準光検出器３と測定光検出器６に共通であるため、測定光検出器６の出力のθｎから基準光検出器３の出力のθｎを差し引くことにより取り除かれる。光検出器からの出力電流の時間波形は、すべてのｎ次の電流を重ねた結果でありΣｉｎ（ｔ）にて表すことができる。出力電流の波形は、キャリア周波数ｆａの信号がΔｆｍの周期で変調された波形であり、θｎは包絡線の時刻を決める。時間的には、基準光検出器３の出力のビート信号の発生時刻と測定光検出器６の出力のビート信号の発生時刻を比較することによってθｎの影響を取り除くことができる。測定光検出器６の出力のθｎをθｎ’とすると、基準光検出器３と測定光検出器６による検出として得られる各干渉信号の時間差は、周波数軸では（θｎ’−θｎ）のｎに対する変化率である。したがって、（θｎ’−θｎ）を各モードに対して求めると距離（Ｌ２−Ｌ１）を求めることができる。
【０１００】
ここで、基準光検出器３による検出として得られる干渉信号を波形観測して得られた波形例を図１０に示す。ｆｍ＝２５ＧＨｚ、Δｆ＝１００ｋＨｚ、ｆａ＝４０ＭＨｚの光コム発生器（ＯＦＣＧ１、ＯＦＣＧ２）２０Ａ、２０Ｂを使用した場合である。周期Ｔｂが１０μｓｅｃで４０ＭＨｚのキャリアが強度変調された波形の干渉信号となっている。
【０１０１】
このレーザ距離計１０では、距離（Ｌ２−Ｌ１）が変化すると、測定光検出器６による検出出力として得られた信号のタイミングが変化するので、その時間差（位相差）を測れば距離（Ｌ２−Ｌ１）を求めることができる。
【０１０２】
そして、このレーザ距離計１０において、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２とを合波した第１の干渉光Ｓ３と、測定対象物５による上記測定光Ｓ２の反射光Ｓ２'と上記基準光Ｓ１’とを合波した第２の干渉光Ｓ4との位相差から、上記測定対象物５までの距離を算出するにあたり、図１に示すような構成の信号処理部７が用いられる。
【０１０３】
信号処理部７では、第１の干渉光Ｓ３が入射される基準光検出器３による検出出力を増幅回路３１Ａにより利得Ａ１で増幅した結果として第１の干渉信号ｆｂ１を得るとともに、第２の干渉光Ｓ４が入射される測定光検出器６による検出出力を低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより低利得Ａ２と高利得Ａ３で増幅した結果として低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを得て、第１の干渉信号ｆｂ１と低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとを第１の位相比較器３３Ａにより位相比較するとともに、第１の干渉信号ｆｂ１と高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとを第２の位相比較器３３Ｂにより位相比較して、第１の位相比較器３３Ａによる第１の干渉信号ｆｂ１と低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとの位相比較出力として得られる第１の位相差情報と、第２の位相比較器３３Ｂによる第１の干渉信号ｆｂ１と高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとの位相比較出力として得られる第２の位相差情報を、測定対象物５までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。
【０１０４】
このレーザ距離計１０における信号処理部７は、FPGA、DSPなどのハードウエアで構成することができ、また、PC上のソフトウエアにより実現することもできる。また、信号処理部７が備える第１，第２の位相比較器３３Ａ、３３Ｂの機能は、フーリエ変換の演算機能や、位相差計算方法による演算でも良く、また、同等な効果が得られる相互相関法による演算であってもよい。
【０１０５】
なお、本発明適用した図３のブロック図に示したレーザ距離計１０では、信号処理部７により、基準光検出器３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と測定光検出器６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差（位相差）から、光速と測定波長における屈折率から基準面４までの距離Ｌ１と測定面５までの距離Ｌ２の差を求めるようにしたが、基準面４までの距離Ｌ１に相当する光路長差を基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との間に与える基準光路を基準面４に代わりに備えるようにしても良い。
【０１０６】
ここで、図１のブロック図に示した本発明に係るレーザ距離計１０の基本的の構成では、光コム干渉計５０により得られる第１の干渉光Ｓ３と第２の干渉光Ｓ４が入射される信号処理部７において、第２の干渉光Ｓ４を検出する１つの測定光検出器６による検出出力を低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより低利得Ａ２と高利得Ａ３で増幅した結果として低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを得るようにしているが、図１１のブロック図に示すレーザ距離計１０Ａのように、光コム干渉計５０により得られる第２の干渉光Ｓ４を測定光分配器３５により所定の分配比で２つの測定光検出器６Ａ、６Ｂに供給し、２つの測定光検出器６Ａ、６Ｂにより得られる第２の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ,ｆｂ２Ｈを低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより増幅するように構成してもよい。
【０１０７】
このレーザ距離計１０Ａにおける信号処理部７Ａでは、例えば、１：１の分配比の測定光分配器３５を備える場合、測定光分配器３５により分配された互いに等しい信号レベルの第２の第２の干渉信号ｆｂ２を低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより低利得Ａ２と高利得Ａ３で増幅した結果として低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを得ることができ、また、１：Ｎ（Ｎは１よりも大きい正数）の分配比の測定光分配器３５を備える場合には、互いに等しい利得の低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより、低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを得ることができ、上記第１の干渉信号ｆｂ１と上記低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌとの位相比較出力として得られる第１の位相差情報Ｄｐ１と、上記第１の干渉信号ｆｂ１と上記高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとの位相比較出力として得られる第２の位相差情報Ｄｐ２を、上記測定対象物５までの距離を示す距離情報とすることにより、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行うことができる。
【０１０８】
このレーザ距離計１０Ａでは、基準光検出器３と増幅回路３１Ａが光コム干渉計５０により生成された第１の干渉光Ｓ３から第１の干渉信号ｆｂ１Ａを生成する第１の干渉信号生成手段として機能し、測定光分配器３５、第１の測定光検出器６Ａ、第２の測定光検出器６Ｂ、低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃが光コム干渉計５０により生成された第２の干渉光Ｓ４から低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈを生成する第２の干渉信号生成手段として機能する。
【０１０９】
このレーザ距離計１０Ａにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１１０】
なお、本発明に係るレーザ距離計１０，１０Ａでは、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂにおいて、低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより得られる低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の干渉信号ｆｂ２Ｈを同時に第１の干渉信号ｆｂ１と位相比較するので、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないように、対策をとることが好ましい。
【０１１１】
すなわち、ここで、低利得増幅回路３１Ｂと高利得増幅回路３１Ｃにより得られる低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の干渉信号ｆｂ２Ｈとの遅延時間の誤差、すなわち、位相・距離のオフセットΔＬは、図１２に示すように、それぞれの回路の遅延時間の差、光ファイバの長さの違い、干渉信号を伝送する電線の長さの違いなどによって生ずる。
【０１１２】
低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得の干渉信号ｆｂ２Ｈとの遅延時間の誤差は、物理的な信号経路長の調整による方法、データのサンプリング時刻にオフセットを与える方法、位相比較器に入力する波形の位置をずらす方法、二つの位相比較器出力の位相にオフセットを与える方法などで補正できる。
【０１１３】
低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、高利得の干渉信号ｆｂ２Ｈがともに有効な入力レベルで同時に取得された位相・距離の値から両者のオフセットを求めることが望ましい。位相は、係数をかけることにより距離に変換することができる。
【０１１４】
例えば、図１３のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｂや図１４のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｃでは、このオフセット値がゼロになるようにハード的な経路長により遅延時間は遅延位相を調整する遅延調整器３７Ａ，３７Ｂが設けられている。
【０１１５】
すなわち、図１３のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｂのように、高利得増幅回路３１Ｂにより増幅された高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈが遅延調整器３７Ａを介してＡ／Ｄ変換器３２に入力させるように構成した信号処理部７Ｂを備えるものとすることにより、低利得増幅回路３１Ｂにより増幅された低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌと高利得増幅回路３１Ｂにより増幅された高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈとの遅延時間差又は位相差を調整する遅延調整手段としてアナログの遅延調整器３７Ａを機能させることで、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。
【０１１６】
アナログの遅延調整器３７Ａとしては、例えば、機械的に導波管の長さを変える位相調整器を利用できる。
【０１１７】
遅延調整器３７Ａは、低利得増幅回路３１Ｂの出力側に入れても良い。また、高利得増幅回路３１Ｃの出力側と低利得増幅回路３１Ｂの出力側の両方に入れても良い。
【０１１８】
このレーザ距離計１０Ｂにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１１９】
また、図１４のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｃのように、Ａ／Ｄ変換器３２の後段に遅延調整器３７Ｂを設けて、第２の位相比較器３３Ｂに入力される高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの遅延量をデジタル処理により調整するように構成した信号処理部７Ｃを備えるものとしても良い。なお、このレーザ距離計１０Ｃにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１２０】
このレーザ距離計１０Ｃにおいても、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。
【０１２１】
また、図１５のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｄのように、信号処理部７Ｄにおいて、Ａ／Ｄ変換器３２にサンプリング位相調整器３７Ｃを設けて、サンプリング周期は同一にしたままサンプリング位相調整器３７Ｃによりサンプリング・クロックの位相にオフセットを与えてサンプリング時刻にずれを与えることにより、Ａ／Ｄ変換器３２における低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌのサンプリングと高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈのサンプリングの同期をとるように構成した信号処理部７Ｄを備えるものとしても良い。
【０１２２】
サンプリング位相調整器３７Ｃは、低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌのチャンネル側に入れてもよい。また、低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌのチャンネル側と高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈのチャンネル側の両方に入れてもよい。
【０１２３】
なお、このレーザ距離計１０Ｄにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１２４】
このレーザ距離計１０Ｄにおいても、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。
【０１２５】
さらに、図１６のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｅのように、信号処理部７Ｅにおいて、第１の位相比較器３３Ａの出力側に位相調整器３７Ｄを設けて、回路の特性の違いなど最後まで取り切れない誤差を位相・距離のオフセット補正により取り除くこともできる。位相調整器３７Ｄは、第１の位相比較器３３Ａで得られる位相値にオフセット値を加減算することにより、位相調整を行う。
【０１２６】
位相調整器３７Ｄは、第２の位相比較器３３Ｂの出力側にて設けてもよい。また、第１の位相比較器３３Ａの出力側と第２の位相比較器３３Ｂの出力側の両方に設けてもよい。
【０１２７】
また、このレーザ距離計１０Ｅでは、得られたオフセット値を信号処理部７のROM等に記録しておくことで、位相調整器３７Ｄによる位相調整を行うことができる。PCのソフトウエアで信号処理を行う場合はソフトウエアの初期値として読み込ませることも可能である。
【０１２８】
なお、サンプリング周期が十分短ければデジタルデータの計算範囲をずらすことで遅延の調整を行うようにすることもできる。
【０１２９】
なお、このレーザ距離計１０Ｅにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１３０】
このレーザ距離計１０Ｅにおいても、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。
【０１３１】
本発明に係るレーザ距離計１０，１０Ａ〜１０Ｅにおいて、第１の位相・距離情報出力部３４Ａと第２の位相・距離情報出力部３４Ｂを介して出力される測定対象物５までの距離を示す第１の距離情報Ｄｐ１と第２の距離情報Ｄｐ２は、これらの情報を使用する後段の処理装置におけるソフトウエアにより判定、選択される。
【０１３２】
使用する第１の距離情報Ｄｐ１と第２の距離情報Ｄｐ２の判定、選択には、以下の情報が単独または複数用いられる。
・信号強度（二乗和）：信号強度が一定の範囲に入っていれば有効。
・信号振幅：信号振幅が一定の範囲に入っていれば有効。
・信号波形のパワー分布：信号波形のパワー分布が基準信号に類似（誤差が一定以内）していれば有効。
・基準信号波形との相関値：基準信号との相関値が高ければ有効。
【０１３３】
また、図１７のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｆのように、使用する第１の距離情報Ｄｐ１と第２の距離情報Ｄｐ２の判定、選択に必要な情報を付加情報Ｄaddとして出力する付加情報生成部３８を備える構成とすることもできる。
【０１３４】
付加情報生成部３８では、信号強度を次のようにして求める。
【０１３５】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２の出力側において第１の位相比較器３３Ａに入力される低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、または第２の位相比較器３３Ｂに入力される高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの値の二乗を信号の一周期分積算することにより、信号強度に比例する値を得ることができる。
【０１３６】
第２の干渉信号ｆｂ２が交流信号として与えられる場合には、第１の位相比較器３３Ａに入力される低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、または第２の位相比較器３３Ｂに入力される高利得の第２の干渉信号ｆｂ２ＨのＤＣオフセットを除去した値の二乗を信号の一周期分積算すると信号強度に比例する値が得られる。  また、交流信号の包絡線の強度最大値は、低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、または高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの値のヒルベルト変換により元の波形の直交位相成分を求め、元の波形とヒルベルト変換波形の二乗和により得られる包絡線の二乗波形のピーク値から求められる。
【０１３７】
また、付加情報生成部３８では、信号振幅を次のようにして求める。
【０１３８】
すなわち、第２の干渉信号ｆｂ２が交流信号として与えられる場合には、第１の位相比較器３３Ｂに入力される低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、または第２の位相比較器３３Ｃに入力される高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈの信号波形の最大ピーク値から最小ピーク値を引いた値を信号振幅とする。
【０１３９】
また、交流信号の包絡線の振幅最大値は、低利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｌ、または高利得の第２の干渉信号ｆｂ２Ｈのヒルベルト変換により元の波形の直交位相成分を求め、元の信号とヒルベルト変換波形の二乗和により包絡線の二乗波形を求め、そのピーク値の平方根から求められる。
【０１４０】
また、付加情報生成部３８では、信号波形のパワー分布を次のようにして求める。
【０１４１】
すなわち、信号の一周期を有限の複数の区間に分けて各区間の信号強度を計算する。パワー分布を求めるためには区間の時間幅は想定される測定信号波形のメインローブの時間幅と同じ幅かやや狭い幅に設定することが望ましい。
【０１４２】
基準信号と測定信号で信号振幅のピーク値が中央で一致するように波形の位置を合わせてからそれぞれパワー分布を計算する。
【０１４３】
さらに、付加情報生成部３８では、基準信号波形との相関値を次のようにして求める。
【０１４４】
すなわち、正規化した相互相関を計算する。
【０１４５】
測定信号の波形が基準信号の相似形ならば最大値１の鋭いピークが得られる。波形が雑音に埋もれている、波形が歪んでいる、など異常な領域にあるとピーク値が１より小さくなる。
【０１４６】
このレーザ距離計１０Ｆでは、このようにして付加情報生成部３８により生成される付加情報Ｄaddを出力するので、後段の処理装置において使用すべき第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を付加情報Ｄaddに基づいて簡単に且つ適切に判定、選択することができる。
【０１４７】
なお、このレーザ距離計１０Ｆにおける他の構成要素については、図１のブロック図に示したレーザ距離計１０の同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１４８】
このレーザ距離計１０Ｆにおいても、第１の位相比較器３３Ａと第２の位相比較器３３Ｂに入力される第２の干渉信号ｆｂ２に時間的なずれが発生しないようにすることができ、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を高精度に行うことができる。
【０１４９】
さらに、図１８のブロック図に示すレーザ距離計１０Ｇのように、付加情報生成部３８により生成される付加情報Ｄaddに基づいて後段の処理装置において使用すべき第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を選択的に出力する出力情報選択部３９が設けられた信号処理部７Ｇを備える構成とすることもできる。
【０１５０】
レーザ距離計１０Ｇにおいて、信号処理部７Ｇに設けられた出力報選択部３９は、付加情報生成部３８により生成される付加情報Ｄaddに基づいて、第２の距離情報Ｄｐ２から第１の距離情報Ｄｐ１に切り換えるための第１の閾値ｓｈ１と第１の距離情報Ｄｐ１から第２の距離情報Ｄｐ２に切り換えるための第２の閾値ｓｈ２を決定して、第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を選択的に出力する距離情報選択手段として機能する。
【０１５１】
なお、このレーザ距離計１０Ｇにおける他の構成要素については、図１７のブロック図に示したレーザ距離計１０Ｆの同じ符号を付した構成要素と同じであるので、説明を省略する。
【０１５２】
このレーザ距離計１０Ｇでは、第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を選択的に出力するので、ユーザは、低反射材から高反射材まで連続的に反射光レベルのダイナミックレンジの広い距離計測を行い１チャンネルの距離情報を出力する距離計として取り扱うことができる。
【０１５３】
また、出力情報選択部３９は、図１９に示すように、第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を選択的に出力するための閾値ｓｈ１、ｓｈ２をずらして切り替え特性にヒステリシスを持たせることにより、境界領域で反射光レベルの微小変動によるデータ選択の切り替え頻度が少なくなり、データを安定にすることができる。
【０１５４】
なお、出力情報選択部３９は、外部から設定した閾値に基づいて出力すべき第１の距離情報Ｄｐ１又は第２の距離情報Ｄｐ２を判定して選択することも可能になっている。
【０１５５】
また、本発明に係るレーザ距離計１０（１０Ａ〜１０Ｇ）を使用して、例えば、図２０に示すような光学的三次元形状測定機２００を構成することができる。
【０１５６】
この光学的三次元形状測定機２００は、本発明に係るレーザ距離計１０における測定光Ｓ２で対象物体２５０を走査する光学スキャン装置２２０と、レーザ距離計１０の基準光検出器３と測定光検出器６の各検出出力に基づいて、対象物体２５０の複数の点までの絶対距離を計測して立体像を得る信号処理装置２３０を備える。
【０１５７】
この光学的三次元形状測定機２００では、レーザ距離計１０からの測定光Ｓ２が光学スキャン装置２２０から対象物体２５０に向けて照射され、対象物体２５０からの反射光がレーザ距離計１０に戻り、物体表面までの絶対距離が信号処理装置２３０により計測される。信号処理装置２３０は、光学スキャン装置２２０を制御してレーザービームを走査すると同時にレーザ距離計１０が広いダイナミックレンジで計測する絶対距離情報を取得して、ビーム照射位置とその場所まで絶対距離を複数の点について蓄積することにより非接触で物体の三次元形状を測定する。
【０１５８】
なお、光学スキャン装置２２０により光ビームを走査する代わりに対象物体２５０を移動させてもよい。
【符号の説明】
【０１５９】
１  第１の光源、２  第２の光源、３  基準光検出器、５  測定面、６，６Ａ，６Ｂ  測定光検出器、７，７Ａ〜７Ｇ  信号処理部、１１  光混合素子、１４  偏光ビームスプリッタ、１２  光分離素子、１３  偏光子、１０，１０Ａ〜１０Ｇ  レーザ距離計、３１Ａ  増幅回路、３１Ｂ  低利得増幅回路、３１Ｃ  高利得増幅回路、３２  Ａ／Ｄ変換器、３３Ａ  第１の位相比較器、３３Ｂ  第２の位相比較器、３４Ａ  第１の位相・距離情報出力部、３４Ｂ  第２の位相・距離情報出力部、３５  測定光分配器、３７Ａ，３７Ｂ  遅延調整器、３７Ｃ  サンプリング位相調整器、３７Ｄ  位相調整器、３８  付加情報生成部、３９  出力情報選択部、５０  光コム干渉計
【図１】
2020008357.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020008357.tif 000025
【図１４】
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【図１５】
2020008357.tif 000027
【図１６】
2020008357.tif 000028
【図１７】
2020008357.tif 000029
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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