(57)【要約】【課題】高精度な計測が可能な距離測定装置を提供する。【解決手段】距離測定装置は、その周波数が時間に伴って三角形状に変わるレーザ光を発生するレーザ光発生器と、レーザ光を分配する光分配器とを有している。分配されたレーザ光は、測定干渉器と補助干渉器に供給される。測定干渉器は、被測定物までの距離に応じた周波数を有するビート信号を出力する。一方、補助干渉器は、レーザ光を受けることにより、ビート信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを出力する。また、距離測定装置は、レーザ光を受け、モニタ信号を出力する光検出器を有し、ビート信号をサンプリングするタイミングが、モニタ信号により定められる。サンプリングにより得られたデジタル信号によって、三角形状に変わるレーザ光の１周期におけるビート信号の平均値が求められ、求めた平均値に基づいて、距離が算出される。【選択図】図１
2014202716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が、時間に伴って三角形状に変わるレーザ光を発生するレーザ光発生器と、
前記レーザ光発生器により発生されたレーザ光を受け、分配を行う光分配器と、
前記光分配器により分配されたレーザ光を受け、被測定物までの距離に応じた周波数を有するビート信号を出力する測定干渉器と、
前記光分配器により分配されたレーザ光を受け、前記ビート信号をサンプリングするための、サンプリングクロックを形成する補助干渉器と、
前記レーザ光発生器により発生されるレーザ光を受け、モニタ信号を出力する光検出器と、
前記サンプリングクロックに従って、前記ビート信号をサンプリングし、前記ビート信号に応じたデジタル信号に変換する変換器であって、サンプリングの期間が、前記モニター信号により定められる変換器と、
前記変換器からのデジタル信号を受け、前記被測定物までの距離を表すデータを算出する演算器と、
を具備し、
前記演算器は、前記レーザ光の周波数が、上昇する期間において、前記変換器から出力される第１デジタル信号と、前記レーザ光の周波数が、下降する期間において、前記変換器から出力される第２デジタル信号とを受け、前記第１デジタル信号の第１周波数と前記第２デジタル信号の第２周波数の平均を求め、距離を表すデータを算出する、距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記距離測定装置は、前記演算器により制御され、前記レーザ光発生器に、三角波状の変調信号を供給する波形発生器を、具備し、
前記演算器は、前記変換器から出力される前記デジタル信号を受け、前記デジタル信号の時間経過に対する周波数を求め、前記時間経過に対する周波数が一定になる様に、前記波形発生器を制御する、距離測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の距離測定装置において、
前記距離測定装置は、前記演算器により制御され、前記レーザ光発生器に、三角波状の変調信号を供給する波形発生器を、具備し、
前記演算器は、前記レーザ光の周波数が、上昇する期間において、前記変換器から出力される前記第１デジタル信号と、前記レーザ光の周波数が、下降する期間において、前記変換器から出力される前記第２デジタル信号とを受け、前記第１デジタル信号の前記第１周波数と前記第２デジタル信号の前記第２周波数の平均を求め、求めた平均値と、前記第１周波数および前記第２周波数のそれぞれとの間の差が減少する様に、前記波形発生器を制御する、距離測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の距離測定装置において、
前記測定干渉器は、前記被測定物の測定位置を走査する走査器を具備し、
前記演算器は、前記走査器からの角度情報を受け、前記角度情報と、前記距離を表すデータとに基づいて、前記被測定物の三次元形状を算出する、距離測定措置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離測定装置に関し、特に周波数変調されたレーザ光を利用して、被測定物までの距離を測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物までの距離を、その被測定物の表面に沿って求めると、その被測定物の形状を計測することができる。例えば、タービン、車両、航空機等の中物あるいは大物加工部品の形状を計測するために用いられる計測の方式として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅｓ：以下、ＦＭＣＷと称する）方式がある。このＦＭＣＷ方式は、それを実現するための構成が、比較的簡易であり、被測定物までの距離を比較的高精度に計測することが可能である。
【０００３】
このＦＭＣＷ方式においては、周波数変調（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＦＭとも称する）された連続波信号（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：以下、ＣＷとも称する）であるレーザ光が用いられる。このレーザ光は、送信波として、大気中に放射され、大気中に存在する被測定物に反射して、受信波として戻ってくる。被測定物までの距離を計測するために、受信した受信波と送信した送信波との間の周波数差を有するビート（うなり）信号が生成され、生成されたビート信号の周波数スペクトラムを求めることにより、被測定物までの距離が算出される。
【０００４】
ＦＭＣＷ方式を用いて、被測定物までの距離を高精度に計測するためには、被測定物あるいは測定装置が振動した場合に生じるドップラーシフトの問題を解決することが重要である。また、レーザ光を発生するためにレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＤとも称する）が用いられるが、ＬＤが有する光周波数変調における非線形性のために、周波数変調で誤差が生じるという問題もある。この問題の解決も重要である。
【０００５】
ドップラーシフトの問題を解決する技術として、例えば特許文献１に開示されている技術がある。また、ＬＤが有する非線形性により生じる周波数変調での誤差に関する問題を解決する技術として、例えば特許文献２および非特許文献１に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２５７４１５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１３１２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｋ．Ｉｉｙａｍａ，  Ｍ．Ｙａｓｕｄａ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｔａｋａｍｉｙａ，  “Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−Ｒａｎｇｅ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＦＭＣＷ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ  ｂｙ  Ｍｅａｎｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｄ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  ｆｒｏｍ  Ａｕｘｉｌｉａｒｙ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，"  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，  Ｖｏｌ．Ｅ８９−Ｃ，No．６，ｐｐ．８２３−８２９，  Ｊｕｎｅ  ２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
被測定物あるいは測定装置の振動により生じるドップラーシフトの問題に関して、特許文献１においては、振動によって、三角波変調における上昇部分と下降部分とで、ビート信号の周波数が、逆方向にドップラーシフトすることが示されている。これを利用して、特許文献１においては、三角波変調を半周期ずらした２系統の光路を用意することで、ドップラーシフトによって生じる誤差を相殺することが示されている。この場合、２系統の光路を用意する等の点から、コストアップが生じることが危惧される。
【０００９】
ＬＤが有する非線形性により生じる周波数変調での誤差に関する問題は、ＬＤを駆動する駆動電流が、例え線形掃引されても、ＬＤ固体が発生する熱および／あるいはその経年変化による影響で、光周波数は時間に沿って線形にならないことにより、発生する。すなわち、ＬＤ駆動電流を、例え時間に沿って線形掃引しても、光周波数変調は、時間に対して非線形となってしまう。
【００１０】
この問題に対して、特許文献２には、別途基準の干渉計を設けて、瞬時ビート周波数を求め、補正信号波形を生成することが示されている。しかしながら、実際の計測に用いられる干渉計と、基準として設けられた基準の干渉計との間には、光路差が発生するため、微少ではあるが誤差が発生してしまうことが危惧される。
【００１１】
非特許文献１においては、その図３に、計測用の干渉計とは別に補助干渉計を設け、補助干渉計の出力を電気的に逓倍し、サンプリングクロックとして使う様にし、ＬＤの光周波数変調の非線形性による誤差を軽減する様にした測定装置が示されている。この場合においても、計測用の干渉計と補助干渉計との間で、光路差が生じるため、微少ではあるが誤差が発生することが危惧される。
【００１２】
本発明の目的は、高精度な計測が可能な距離測定装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
すなわち、距離測定装置は、その周波数が時間に伴って変わるレーザ光を発生するレーザ光発生器と、上記レーザ光を分配する光分配器とを有している。上記光分配器により分配されたレーザ光は、測定干渉器と補助干渉器に供給される。上記測定干渉器はレーザ光を受けることにより、被測定物までの距離に応じた周波数を有するビート信号を出力する。一方、上記補助干渉器は、レーザ光を受けることにより、上記ビート信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを出力する。また、距離測定装置は、上記レーザ光を受け、モニタ信号を出力する光検出器を有し、上記ビート信号をサンプリングするタイミングが、上記モニタ信号により定められる。
【００１６】
レーザ光に従ったモニタ信号により、ビート信号をサンプリングするタイミングが定められるため、レーザ光を発生するレーザ光発生器の特性に合わせて、サンプリングをするタイミングを定めることができる。そのため、レーザ光発生器の特性に合わせて、誤差の少ない領域で、ビート信号を取り込む（サンプリング）ことが可能となり、高精度な計測が可能な距離測定装置を提供することが可能となる。
【００１７】
また、上記レーザ光発生器は、三角波状の変調信号によって、その周波数が変調される様に駆動される。三角波状の変調信号によって、レーザ光の周波数が上昇している期間（部分）において、サンプリングされた値と、三角波状の変調信号によって、レーザ光の周波数が下降している期間において、サンプリングされた値との平均値が求められ、平均値から距離が算出される。すなわち、レーザ光の周波数が上昇している期間でのビート信号の周波数と、それが下降している期間でのビート信号の周波数との平均値（平均周波数）が求められる。求められた平均値から距離が算出される。これにより、コストアップを抑えながら、ドップラーシフトにより生じる誤差の低減を図ることが可能となる。
【００１８】
本明細書において開示される一実施の形態においては、レーザ光の周波数が上昇している期間で、サンプリングされる値の瞬時ビート周波数と、レーザ光の周波数が下降している期間で、サンプリングされる値の瞬時ビート周波数のそれぞれが、一定値に、近づく様に、レーザ光発生器が駆動される。すなわち、サンプリングされる値の測定ビート周波数の傾きが０に近づく様に、レーザ光発生器は駆動される。これにより、温度および／あるいは経年変化に伴うレーザ光発生器の非線形特性を打ち消す様に、レーザ光発生器は駆動される様になり、更に誤差の少ない距離測定装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００２０】
高精度な計測が可能な距離測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる距離測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、ＦＭＣＷ方式の波形を示す波形図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、ＦＭＣＷ方式の波形を示す波形図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、ＦＭＣＷ方式の波形を示す波形図である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は、本発明に係わる距離測定装置を説明するための波形図である。
【図６】（ａ）から（ｅ）は、本発明に係わる距離測定装置を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に従った距離測定装置の構成を示すブロック図である。同図に示した距離測定装置は、被測定物１００との間の距離を、その被測定物の表面に沿って測定することが可能である。そのため、図１に示した距離測定装置は、三次元形状測定装置に該当する。
【００２４】
同図の距離測定装置は、大別すると、レーザ光を発生するレーザ発生器、発生されたレーザ光を分配する光分配器、分配されたレーザ光をそれぞれ受ける測定干渉器および補助干渉器、測定干渉器からのビート信号を受ける変換器および演算器を具備する。
【００２５】
同図において、３はレーザ光を発生するレーザ光発生器であり、本実施の形態においては、レーザダイオード２３およびフォトデテクタ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）９５を有している。レーザダイオード２３は、加算器５１から出力される駆動電流を受け、駆動電流に従った周波数のレーザ光を発生する。フォトデテクタ９５は、上記したレーザダイオード２３により発生されたレーザ光を受光し、レーザ光の周波数に従ったモニタ信号を形成する。該モニタ信号は、特に制限されないが、この実施の形態においては、受光したレーザ光の周波数に従って、電圧値が変化するアナログ信号である。
【００２６】
加算器５１は、所定のバイアス電流２と、任意の形状の波形を発生する波形発生器１からの電流とを受け、所定のバイアス電流２に、波形発生器１から出力される波形電流を加算して、上記したレーザダイオード２３に駆動電流として供給する。この実施の形態においては、波形発生器１は、時間に伴って、その電流値が三角形状に変化する電流波形を発生する。また、後で説明するが、波形発生器１は、演算器１５からの制御信号を受け、この制御信号による制御によって、発生する三角形状の電流波形の形状が変更される。レーザ光発生器３によって発光されたレーザ光は、光分配器を構成するファイバーカプラ（Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）４１に照射される。ファイバーカプラ４１は、受光したレーザ光を、少なくとも２個のレーザ光に光分配する。ファイバーカプラ４１により分配された一方のレーザ光は、測定干渉計２０に供給され、分配された他方のレーザ光は、補助干渉計２１に供給される。
【００２７】
測定干渉計２０は、ファイバーカプラ４２および４３、サーキュレータ（Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）５、およびコリメータ（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）６を具備している。更に、測定干渉計２０は、フォーカスレンズ（Ｆｏｃｕｓ  Ｌｅｎｓ）７およびガルバノメータ  スキャナ（Ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ  Ｓｃａｎｎｅｒ）８を具備している。特に制限されないが、フォーカスレンズ７およびガルバノメータ  スキャナ８は、被測定物１００とともに、大気中に設置される。
【００２８】
測定干渉計２０から出力されたレーザ光（測定光）は、フォトデテクタ９１および９２に受光され、このフォトデテクタ９１、９２により電気信号に変換される。電気信号に変換された測定干渉計２０の出力は、加算器５２により、加算される。加算により得られたアナログ信号は、増幅器１０によって増幅され、測定ビート信号として、変換器１４に供給される。測定ビート信号が、増幅器１０から出力されるため、測定干渉計２０、フォトデテクタ９１および９２、加算器５２および増幅器１０によって、測定干渉器が構成されていると見なすことができる。
【００２９】
この実施の形態においては、測定干渉計２０にガルバノメータ  スキャナ８が設けられている。ガルバノメータ  スキャナ８によって、レーザ光は、被測定物１００の表面を走査する様に、その照射の角度が制御される。これによって、被測定物１００の表面における測定位置が変更され、各測定位置での距離が測定され、被測定物１００の三次元的な形状を測定することが可能とされている。ガルバノメータ  スキャナ８は、走査器（レーザ走査器）として機能し、同図には示されていないが、走査の際に、レーザ光を照射している角度の情報（角度情報）を、後で述べる演算器１５に供給する。
【００３０】
補助干渉計２１は、ファイバーカプラ４４および４５、および光路差を設けるための光ファイバーＬＲを具備している。補助干渉計２１から出力されたレーザ光は、フォトデテクタ９３および９４に受光され、このフォトデテクタ９３、９４により電気信号に変換される。電気信号に変換された補助干渉計２１の出力は、加算器５３により、加算される。加算器５３から出力されたアナログ信号（加算結果）は、クロック逓倍器２２に供給される。クロック逓倍器２２は、コンパレータ１１、１／ｎカウンタ１３、位相同期回路ＰＬＬ１２を具備している。
【００３１】
クロック逓倍器２２に供給されたアナログ信号は、コンパレータ１１の一方の入力端子に供給される。コンパレータ１１の他方の入力端子には、所定の電圧（実施の形態においては、接地電圧）が印加されている。これにより、所定の電圧を基準電圧として、アナログ信号の電圧が比較され、アナログ信号からクロック信号へ変換される。変換されたクロック信号は、位相同期回路ＰＬＬ１２に供給される。位相同期回路ＰＬＬ１２は、ｎ分の１カウンタ（１／ｎカウンタ）１３から出力されるクロック信号と、コンパレータ１１からのクロック信号との位相差を比較し、両クロックの位相が一致する様な周波数のクロック信号を形成する。１／ｎカウンタ１３により、位相同期回路ＰＬＬ１２からの出力クロック信号は分周されて、再び位相同期回路ＰＬＬ１２に供給される。
【００３２】
この実施の形態においては、補助干渉計２１から出力される２個のレーザ光の周波数の差（ビート）に対応する周波数が、１／ｎカウンタ１３に設定された分周比に従って逓倍される。逓倍により得られたクロック信号は、サンプリングクロックとして、変換器１４に供給される。
【００３３】
この実施の形態においては、サンプリングクロックが、補助干渉計２１、フォトデテクタ９３、９４、加算器５３およびクロック逓倍器２２により形成される。レーザ光から、補助干渉器によって、サンプリングクロックを形成すると言う観点で見ると、補助干渉器は、補助干渉計２１、フォトデテクタ９３、９４、加算器５３およびクロック逓倍器２２により構成されていると見なすことができる。
【００３４】
変換器１４は、本実施の形態においては、アナログ信号である測定ビート信号を、補助干渉器から出力されるサンプリングクロックに基づいて、サンプリングし、デジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器である。また、この実施の形態においては、サンプリングの開始と終了のタイミングは、上記したレーザ光発生器３から出力されるモニタ信号によって定められる。変換器１４によりデジタル信号に変換された測定ビート信号は、演算器１５に供給される。後で説明するが、演算器１５は、測定ビート信号に基づいて、被測定物１００までの距離を算出し、出力する。また、三次元の形状測定を行う場合には、ガルバノメータ  スキャナ８から、レーザ光の角度に関する角度情報を受け取り、レーザ光の角度と、その角度における距離とに基づいて、三次元の形状を表すデータを算出する。さらに、この実施の形態においては、演算器１５は、測定ビート信号に基づいて、波形発生器１を制御する。この制御により、波形発生器１は、発生する三角波の形状を変更する。
【００３５】
次に、図１に示した距離測定装置の動作を説明する。
【００３６】
波形発生器１は、三角形状の波形を発生する。加算器５１によって、レーザ光発生器３内のレーザダイオード２３を駆動するための直流電流（所定のバイアス電流）２に、波形発生器１により発生された波形（三角波）が加算され、レーザダイオード２３を駆動するための駆動電流が形成される。レーザダイオード２３は、三角波の駆動電流で周波数変調（三角波変調）駆動されることになり、レーザダイオード２３は、その周波数（光周波数）が、時間に沿って三角波状に変化するレーザ光を発生する。三角波変調されたレーザ光は、光ファイバーを通して、ファイバーカプラ４１に入射される。ファイバーカプラ４１は、光分配器として機能し、入射されたレーザ光を、少なくとも２つの経路に分光する。２つの経路のうちの一方は、測定干渉計２０への経路であり、他方の経路は、補助干渉計２１の経路である。
【００３７】
測定干渉計２０に入力されたレーザ光は、ファイバーカプラ４２に入射され、分光される。すなわち、ファイバーカプラ４２は、レーザ光を、測定光と参照光に分光する。測定光は、サーキュレータ５からコリメータ６に入射され、コリメータ６から、大気中に平行光として放射される。放射された測定光は、フォーカスレンズ７で集光され、ガルバノメータ  スキャナ８により、Ｘ座標／Ｙ座標方向に走査され、被測定物１００の測定位置に照射される。
【００３８】
測定光は、被測定物１００によって散乱され、散乱された散乱光は、ガルバノメータ  スキャナ８、フォーカスレンズ７、コリメータ６の順に透過して、サーキュレータ５に到達する。散乱光は、測定のために用いられるため、本明細書では、散乱光も測定光と称する。サーキュレータ５は、入射した散乱光（測定光）をファイバーカプラ４３に照射する。ファイバーカプラ４３には、ファイバーカプラ４２から参照光が入射されており、このファイバーカプラ４３において、参照光と測定光とを干渉させる。ファイバーカプラ４３からの出力光は、フォトデテクタ９１および９２に入射され、電気信号に変換される。変換された電気信号は、加算器５２により、減算が行われ、参照光と測定光との間の周波数差に対応する電気信号が求められる。この周波数差に対応する電気信号は、増幅器１０により増幅され、測定ビート信号としてアナログ／デジタル（以下、ＡＤと称することもある）変換器１４に供給される。
【００３９】
ファイバーカプラ４１による分光で得られ、補助干渉計２１に入射されたレーザ光は、補助干渉計２１内のファイバーカプラ４４に入射される。ファイバーカプラ４４は、入射したレーザ光を分光し、それぞれを異なる光ファイバーに入射する。この異なる光ファイバー間で光路差を発生させるために、一方の光ファイバーの物理的な長さを、他方の光ファイバーに対して長くする。この実施の形態においては、ＬＲの光路差を発生させるために、同図では上側の光ファイバーの長さが長くされている（同図ではＬＲとして図示）。これらの光ファイバーを透過することにより、光路差ＬＲを有する様にされた２つのレーザ光は、ファイバーカプラ４５に入射される。このファイバーカプラ４５において、光路差を有する２つのレーザ光は、互いに干渉させられる。互いに干渉させられたレーザ光は、フォトデテクタ９３および９４に入射され、フォトデテクタ９３および９４において、電気信号に変換される。
【００４０】
フォトデテクタ９３および９４のそれぞれからの電気信号は、加算器５３において、減算が行われる。この減算によって、光路差ＬＲにより生じる２つのレーザ光間の周波数（光周波）差に対応した値を持つアナログ信号が、形成される。すなわち、光路差ＬＲによって生じるビート周波数に対応した値を持つアナログ信号（補助ビート信号）が形成される。加算器５３から出力されたアナログ信号は、クロック逓倍器２２に供給される。クロック逓倍器２２においては、前記した様に、コンパレータ１１により、アナログ信号がデジタル信号（クロック信号）に変換される。１／ｎカウンタ１３の分周比を予め定めた逓倍率Ｍに対応した値に設定することにより、位相同期回路ＰＬＬ１２および１／ｎカウンタ１３の働きにより、補助ビート信号に該当するクロック信号（デジタル信号）は、設定された逓倍率Ｍに従ったクロック信号（周波数が逓倍されたクロック信号）が形成される。形成されたクロック信号は、サンプリングクロックとして、変換器１４に供給される。
【００４１】
変換器１４においては、補助干渉器により生成されたサンプリングクロックによって、測定干渉器から出力されている測定ビート信号がサンプリングされる。また、フォトデテクタ９５により形成されたモニタ信号が、アナログトリガ信号として変換器１４に供給されている。このフォトデテクタ９５は、特に制限されないが、レーザ光発生器３内に設けられ、光検出器として機能する。すなわち、フォトデテクタ９５は、レーザ光を発生するレーザダイオード２３からのレーザ光を受光する様に、近接して配置されており、受光したレーザ光をアナログの電気信号に変換し、モニタ信号として出力する。そのため、測定干渉計２０に入射する測定光と、モニタ信号とは同期しており、また、測定ビート信号とモニタ信号の三角波も同期している。もちろん、モニタ信号の三角波は、波形発生器１が発生する三角波とも同期している。
【００４２】
従って、モニタ信号を調べることにより、そのときの測定ビート信号が、三角波（波形発生器１により発生される三角波）のどの位置における測定ビート信号であるかを判定することができる。さらに述べるのであれば、任意の時間領域における測定ビート信号が、三角波のどの位置における測定ビート信号であるかを、モニタ信号より把握することができる。さらに、レーザダイオード２３の特性が、温度および／あるいは経年変化により変化した場合においても、モニタ信号は、レーザ光を受光することにより形成しているため、特性の変化に追従して、変化する。そのため、ＬＤの特性が変化しても、測定ビート信号とそのときの三角波の位置とを対応付けることが可能である。
【００４３】
この実施の形態においては、変換器１４において、サンプリングクロックによりサンプリングされるタイミングが、モニタ信号により決定される。モニタ信号が所定の値を超えたときから、サンプリングクロックによる測定ビート信号のサンプリングが行われ、所定の値よりも低下すると、サンプリングが停止される。これにより、三角波の適切な位置に対応した測定ビート信号をサンプリングすることが可能となる。この実施の形態においては、後で図５および図６を用いて説明するが、三角波の上昇領域（上昇部分）と下降領域（下降部分）における安定領域で、測定ビート信号がサンプリングされる。
【００４４】
サンプリングにより取得した測定ビート信号は、変換器１４内において、ＡＤ変換され、演算器１５に供給される。演算器１５では、供給された測定ビート信号に対応するデジタル信号に対して、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと称することもある）の演算を行い、周波数解析を行い、周波数スペクトルを算出する。
【００４５】
次に、測定の動作原理を以下説明する。
【００４６】
図２（ａ）および（ｂ）には、ＦＭＣＷ方式の理想的な波形が示されている。図２の（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸はレーザ光の周波数（光周波数）を示している。同図において、破線で示されている波形（測定光）は、被測定物１００にレーザ光が照射され、それが反射された反射光（測定光）を示しており、また実線で示されている波形（参照光）は、図１で述べた参照光を示している。図１で述べた様に、レーザ光は、波形発生器１により形成された三角形状の駆動電流により、周波数変調されている。そのため、測定光も参照光も、時間に沿って、周波数が三角形状に変化する。
【００４７】
被測定物１００までの距離は、参照光と測定光との光路長差で表される。すなわち、測定光は、被測定物１００までの距離に応じて、参照光との間で光路差が生じる。これにより、参照光と測定光のそれぞれが、同じ周波数に達するまでに時間差が生じる。図２（ａ）の例では、光路長差に応じて、測定光の三角波形は、参照光の三角波形に対して、同じ周波数に到達するのに、Δｔだけ時間が遅れる。従って、同じ時刻で見た場合には、測定光と参照光との間で、ｆｂだけの周波数差が生じる。そのため、参照波と測定波を干渉させると、この周波数差を有するビート信号が生成される。ここで、三角波変調の繰り返し周波数をｆｍ、変調周波数幅をΔＦとした場合、ビート信号の周波数（ビート周波数）ｆｂは、式（１）で表される。
【００４８】
【数１】
2014202716.tif 000003
【００４９】
このとき、三角波変調が線形に変調されていれば、図２（ｂ）に示されている様に、ビート信号の周波数は、三角波が上部および下部の頂点で折り返す近辺の時刻を除いたところの安定領域で、一定値のビート周波数ｆｂとなる。しかしながら、実際には、レーザダイオードの周波数変調（光周波数変調）は、それ自身の熱および／あるいは経年変化によって、駆動電流の変化に対して発光するレーザの周波数は線形にならない。例えば、駆動電流の変調に対して、発生するレーザが有する周波数の変調は、図３（ａ）に示されている様に、遅れて反応する。すなわち、非線形性を有してしまう。
【００５０】
図３（ａ）および（ｂ）は、図２（ａ）および（ｂ）と同様に、横軸は時間を表し、縦軸は周波数を示している。ただし、図３（ａ）および（ｂ）には、ＦＭＣＷ方式における実際の波形の例が示されている。時間変化に対して、レーザ光の周波数が非線形となるため、図３（ａ）に示されている様に、測定光（破線の波形）と参照光（実線の波形）との間の周波数差（ビート周波数）は、時間変化に対して増減する。そのため、図３（ｂ）に示す様に、三角波が上部および下部の頂点で折り返す近辺の時刻を除いたところの安定領域でも、ビート信号の周波数（ビート周波数）は、一定値とはならず、変動してしまう。
【００５１】
図１に示した距離測定装置においては、レーザダイオードが有する光周波数変調における非線形性による誤差を低減するために、補助干渉計２１等が設けられている。測定干渉計２０と同じレーザダイオード２３からのレーザ光が、補助干渉計２１に入射される。補助干渉計２１を含む補助干渉器においては、図１において説明した様に、加算器５３により光路差ＬＲに応じた補助ビート信号が形成される。同じレーザダイオード２３を用いているため、補助ビート信号も、測定光と参照光から求めたビート信号（測定ビート信号）と同様に、レーザダイオード２３の特性に合わせて変化する。
【００５２】
すなわち、測定ビート信号と補助ビート信号との間の相対的な関係には、レーザダイオード２３の特性変化の影響が現れ難くなる。この相対的な関係を利用するために、図１に示した距離測定装置においては、補助ビート信号からサンプリングクロックが形成され、測定ビート信号のサンプリングが行われる様にしている。すなわち、図１に示した距離測定装置においては、サンプリングクロックが、レーザダイオード２３が有する非線形特性に合わせた非線形的特性を有することになる。このサンプリングクロックでサンプリングすることにより、レーザダイオード２３が持つ光周波数変調における非線形性によって生じる誤差の低減を図っている。
【００５３】
ところで、上記したサンプリングクロックは、サンプリングの定理から、測定干渉計２０によって生成される測定ビート信号の周波数の２倍以上となる様に設定される。このことは、補助干渉計２１において、設定する光路差ＬＲを、測定干渉計２０において生じる光路差ＬＳの２倍以上に設定することを意味している。しかしながら、補助干渉計２１において、光路差ＬＲを長く設定しすぎると、距離測定装置を使う際に周囲環境の変動により、装置が不安定となることが想定される。一方、周囲の環境変動から、補助干渉計２１を隔離することも考えられるが、この場合には隔離するための構成に掛かるコストアップが危惧される。
【００５４】
これを解決するために、図１に示した距離測定装置には、クロック逓倍器２２が設けられている。このクロック逓倍器２２によって、補助ビート信号は、電気的に逓倍される。これにより、補助干渉計２１に設定する光路差ＬＲが長くなるのを抑制することができる。
【００５５】
ｃを光速、ｎｆを光ファイバの屈折率とすると、補助干渉計２１の遅延時間ΔｔＲ（図２および図３においてΔｔに相当）および測定干渉計２０の遅延時間ΔｔＳ（図２および図３においてΔｔに相当）は、式（２）および式（３）で表される。
【００５６】
【数２】
2014202716.tif 000004
【００５７】
【数３】
2014202716.tif 000005
【００５８】
またクロック逓倍器２２の逓倍率を、図１で説明した様にＭとすると、補助干渉計２１のビート信号（補助ビート信号）の周波数ｆｂＲおよび測定干渉計２０の測定ビート信号の周波数ｆｂＳは、式（４）および式（５）で表される。
【００５９】
【数４】
2014202716.tif 000006
【００６０】
【数５】
2014202716.tif 000007
【００６１】
サンプリング定理の制限から、ｆｂＲ＝２×ｆｂＳのときに、最大測定距離ＬＳｍａｘは式（６）で表される。
【００６２】
【数６】
2014202716.tif 000008
【００６３】
ＡＤ変換を行う変換器１４でサンプリングされた測定ビート信号を、フーリエ変換によって周波数解析する場合、時間領域の抜き取りデータ数をＮとすると、フーリエ変換されたデータの中で有効なデータ数は、Ｎ／２であり、最大測定距離ＬＳｍａｘに相当する。また、フーリエ変換された周波数スペクトルのピーク位置をＰとすると、測定干渉計２０の光路差ＬＳは、式（７）の関係式から式（８）で算出することができる。
【００６４】
【数７】
2014202716.tif 000009
【００６５】
【数８】
2014202716.tif 000010
【００６６】
上記した式（８）における光路差ＬＳは、図１において、被測定物１００までの距離に相当する。図１に示した実施の形態においては、フォーカスレンズ７およびガルバノメータ  スキャナ８が、大気中に設置される。そのため、光ファイバ中での光路と大気中での光路の違いがあるため、光ファイバの屈折率ｎｆを式（８）に乗算することで、被測定物１００までの距離Ｌは式（９）で算出することができる。
【００６７】
【数９】
2014202716.tif 000011
【００６８】
式（９）において、測定ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク位置Ｐを除くパラメータは既知であるので、ピーク位置Ｐを算出すれば、被測定物１００までの距離Ｌを算出することができる。
【００６９】
図１に示した距離測定装置においては、補助干渉計２１を設けて、レーザダイオード２３が有する光周波数変調特性の非線形性により生じる誤差の低減を図っている。しかしながら、補助干渉計２１における光路差ＬＲと測定干渉計２０における光路差ＬＳとの間では、長さにおいて差がある。この光路差間の差により、測定ビート信号と補助ビート信号との間に時間的な遅延が生じる。図４（ａ）および（ｂ）には、補助干渉計２１を設けた場合のビート信号の波形が示されている。図４の（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は周波数を示している。また、同図において、実線は測定ビート信号の波形を示しており、破線は補助ビート信号の波形を示している。補助ビート信号と測定ビート信号のそれぞれは、互いに類似した周波数の変化を示しているが、上記した光路差間の差のために、この例では補助ビート信号が、測定ビート信号に対して遅延している。
【００７０】
図４（ｂ）には、補助ビート信号により形成したサンプリングクロックによって、測定ビート信号をサンプリングし、サンプリングした測定ビート信号の周波数（以下、瞬時ビート周波数とも称する）の変化を、時間経過に対してプロットした波形が示されている。同図において、一点破線は、レーザダイオード２３が有する光周波数変調特性が線形の場合の測定ビート信号における瞬時ビート周波数の変化を示している。すなわち、理想的な測定ビート信号の周波数変化が、一点破線で示されている。これに対して、同図に実線で示した波形は、補助干渉計２１を設け、上記した光路差間に差が有る場合（図４の（ａ））における測定ビート信号の瞬時ビート周波数の変化が示されている。
【００７１】
三角波形でレーザ光を周波数変調した場合、図２（ａ）および（ｂ）で述べた様に、三角波形の上側（上部）および下側（下部）頂点近辺では、ビート信号の周波数が変化する。これに対して、三角波形が上昇している時間領域および下降している時間領域においては、ビート信号の周波数は安定しており、この安定している時間領域において、測定ビート信号の周波数（瞬時ビート周波数）を測定することが望ましい。図４（ｂ）には、上記した安定している時間領域が、安定領域として破線で示されている。
【００７２】
図４（ｂ）において、理想的な測定ビート信号の周波数変化と、補助干渉計２１を設けた場合の測定ビート信号の周波数変化を比べると、安定領域においても、これらの間に差が生じている。すなわち、三角波形が上昇している期間に存在する安定領域においては、理想的な測定ビート信号よりも補助干渉計２１を設けた場合の測定ビート信号の方が、ビート周波数が高くなっている。反対に、三角波形が下降している期間に存在する安定領域においては、理想的な測定ビート信号よりも補助干渉計２１を設けた場合の測定ビート信号の方が、ビート周波数が低くなっている。また、いずれの安定領域においても、補助干渉計２１を設けた場合の測定ビート周波数は、下降する傾向がある。この様に、補助干渉計２１を設けても、測定ビート信号の周波数は、理想的な測定ビート信号の周波数との間で、差が生じており、距離測定において誤差が生じることが懸念される。
【００７３】
本実施の形態においては、上記した測定ビート信号と理想的な測定ビート信号との間の周波数差を低減するために、レーザダイオード２３を駆動する駆動電流が校正される。校正をおこなうために、三角波が上昇する期間における安定領域での瞬時ビート周波数と、三角波が下降する期間における安定領域での瞬時ビート周波数の傾きが求められる。この求められた傾きが０に近づく様に、上記した駆動電流を校正（変更）する。
【００７４】
瞬時ビート周波数の傾きを求める演算と、上記した傾きが０に近づく様にするための演算は、演算器１５において実行され、演算の結果に基づいて、演算器１５は、波形発生器１に対して波形の変形（校正）を指示する。これにより、三角波の波形が変更され、レーザダイオード２３の駆動電流が校正される。
【００７５】
次により具体的な、校正について図５および図６を用いて説明する。図５には、上記した校正を行う前の波形が示されており、図６には、校正を実施した後の波形が示されている。また、図５（ａ）と図６（ａ）には、それぞれレーザダイオード２３を駆動する駆動電流の波形が示されており、それぞれの図において横軸は時間を示し、縦軸は駆動電流値を示している。図５（ｂ）と図６（ｂ）には、それぞれレーザダイオード２３によって発光され、測定光として用いられるレーザ光の光周波数と、参照光として用いられるレーザ光の光周波数の波形が示されている。図５（ｂ）と図６（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は光周波数を示している。
【００７６】
図５（ｃ）と図６（ｃ）には、サンプリングによって得られた測定ビート信号を、演算器１５により時間経過に対して周波数解析を行って求めた瞬時ビート周波数のプロットした波形が示されており、それぞれの図において横軸は時間を示し、縦軸は周波数を示している。さらに、図５（ｄ）と図６（ｄ）には、フォトデテクタ９５により形成されるモニタ信号の波形が示されており、それぞれの図において横軸は時間を示し、縦軸はモニタ電圧を示している。
【００７７】
図６（ｅ）は、サンプリングによって得られた測定ビート信号を、演算器１５により周波数解析を行って求めた、周波数スペクトラムの波形図である。同図において横軸は周波数、縦軸は振幅を示している。
【００７８】
まず、被測定物１００までの距離Ｌを算出する前（校正前）の説明を、図１および図５（ａ）から（ｃ）を用いて行い、次に距離Ｌを算出する際（校正後）の説明を、図１および図６（ａ）から（ｃ）を用いて行う。
【００７９】
波形発生器１により、三角波が発生される。発生された三角波状の電流波形は、バイアス電流２に加算される。この加算によって得られた電流がレーザダイオード２３の駆動電流となる。この駆動電流の波形は、図５（ａ）に示されている。波形発生器１により発生される三角波の周波数は、ｆｍであり、三角波の１周期は１／ｆｍであるとする。この駆動電流により、レーザダイオード２３が発光する。発光するレーザ光の光周波数は、駆動電流に従って変化する。すなわち、発光されるレーザ光の光周波数は、三角形状に変化する。例えば、波形発生器１により発生される三角波の上昇領域では、レーザ光の光周波数も順次高くなり、三角波の頂点に達した後の下降領域では、レーザ光の光周波数は順次低くなる。
【００８０】
レーザダイオード２３によって発光されたレーザ光は、図１で説明した経路を透過して、被測定物１００に照射され、反射される。被測定物１００により反射されたレーザ光は、図５（ｂ）において測定光として、破線で、その波形が示されている。また、図５（ｂ）には、ファイバーカプラ４２により分光された参照光の周波数波形が、実線で示されている。測定光も参照光も、レーザダイオード２３により発光されたレーザ光に基づいているため、図５（ｂ）に示されている様に、三角形状にその光周波数が変化する。ただし、レーザダイオード２３の有する光周波数変調における非線形性のために、三角形状に変化する駆動電流の形状とは異なった形状で、それらの光周波数は変化する。なお、５（ｂ）および後で述べる図６（ｂ）において用いている記号は、図２（ａ）および図３（ａ）で用いている記号と同じである。
【００８１】
図１で述べた様に、上記した参照光の光周波数と測定光の光周波数との間の差分が、測定ビート信号として、変換器１４に供給される。一方、補助干渉器によって形成された補助ビート信号が、サンプリングクロックとして、変換器１４に供給される。図１に示した実施の形態では、変換器１４によってサンプリングされる期間が、モニタ信号によって定められる。説明を容易にするために、モニタ信号によってサンプリングする期間を定めていない場合について、次に述べる。
【００８２】
測定ビート信号を、サンプリングクロックによってサンプリングすることにより、サンプリング時点の測定ビート信号のビート周波数が得られる。すなわち、サンプリング時点（瞬時）でのビート周波数（瞬時ビート周波数）が得られる。瞬時ビート周波数を時系列に並べて、波形として表した波形図が、図５（ｃ）である。図５（ｃ）において、駆動電流が、三角形の上下の頂点付近にあるときには、測定光と参照光との間の周波数差が大きくなり、瞬時ビート周波数が大きく変動している。言い換えるならば、三角形の上下の頂点付近の領域は、瞬時ビート周波数が不安定な領域である。一方、駆動電流が、三角形状に従って増加および減少している期間においては、理想的なビート信号の場合、瞬時ビート周波数は一定となる（図４（ｂ））。言い換えるならば、三角形の上昇期間および下降期間は、瞬時ビート周波数が安定している安定期間となる。図５（ｃ）には、三角波の上昇部分（期間）における安定期間が安定領域Ａとして破線で示してあり、三角波の下降部分（期間）における安定期間が安定領域Ｂとして破線で示してある。
【００８３】
安定領域Ａ、Ｂにおいても、レーザダイオードの有する非線形特性のために、瞬時ビート周波数は変化する。三角波の上昇部分における安定領域Ａでの瞬時ビート周波数の傾きをａｕとし、三角波の下降部分における安定領域Ｂでの瞬時ビート周波数の傾きをａｄとする。瞬時ビート周波数の傾きは、微分により演算できる。すなわち具体的には安定領域の隣り合う瞬時ビート周波数の減算値が傾きとなる。この瞬時ビート周波数の傾きａｕおよびａｄが、予め設定した許容範囲±ａｍａｘに収まる様に、レーザダイオード２３を駆動する駆動電流の波形を校正する。この校正により、例えば駆動電流の三角波は、図６（ａ）の様に変形される。すなわち、破線で示した三角波形から、実線で示した様な膨らみのある三角状波形へ変形される。三角波を変形するために、演算器１５から波形発生器１に指示をしてもよいし、演算器１５で変形後の三角波を演算により求めて、それを波形発生器１に供給し、変形後の三角波が波形発生器１から加算器５１に供給される様にしてもよい。
【００８４】
図６（ａ）のように、駆動電流の傾きを滑らかにするには、例えば２次関数の様な変形関数を、演算器１５に用意し、この変形関数に従って、三角波が変形される様に演算器１５から波形発生器１を制御すればよい。
【００８５】
変形関数として用いる２次関数の例を次に述べる。三角波の上昇部分を関数ｆｕ０（ｔ）とし、下降部分を関数ｆｄ０（ｔ）とし、変形後の上昇部分を２次関数ｆｕ１（ｔ）とし、変形後の下降部分を２次関数ｆｄ１（ｔ）とした場合、各関数は、式（１０）から式（１３）で表される。
【００８６】
【数１０】
2014202716.tif 000012
【００８７】
【数１１】
2014202716.tif 000013
【００８８】
【数１２】
2014202716.tif 000014
【００８９】
【数１３】
2014202716.tif 000015
【００９０】
式（１２）の変形後の上昇部分ｆｕ１（ｔ）では、時刻ｔ＝０のとき、傾きはａ＋ｃとなり、時刻ｔ＝１のとき、傾きはａ−ｃとなり、傾きが滑らかに変化する（式（１２）の微分）。下降部分ｆｄ１（ｔ）についても同様に、傾きが滑らかになる。２次関数に用いられるパラメータのうち、ａおよびｂは、変形前の関数から既知である。そのため、式（１２）では、パラメータｃを、式（１３）ではパラメータｄを、細かく変更することにより、変形の度合いを調整することが可能である。もちろん、変形関数としては、２次関数に限定されるものではない。
【００９１】
レーザダイオード２３の駆動電流を、三角形から変形することにより、測定光および参照光のそれぞれは、図６（ｂ）に示されている様に、より三角波に近い波形に校正される。これに伴って、測定ビート信号の瞬時ビート周波数も、安定領域ＡおよびＢにおいては、図６（ｃ）に示されている様に、傾きがほぼ０になることで一定値に近づく様になる。
【００９２】
次に、モニタ信号を用いて、サンプリング期間を定めることについて、説明する。モニタ信号は、図５（ｄ）および図６（ｄ）に示されている。モニタ信号の電圧は、レーザダイオード２３によって発光するレーザ光の光周波数に従って変化する。そのため、モニタ信号の電圧を見ることにより、今発生している測定ビート信号が、三角波のどの領域（位置）に対応しているのかを判断することが可能である。上記した安定領域ＡおよびＢを含んでいる領域に該当するところの三角波上における位置に対応するモニタ電圧を、予め求め、この求めたモニタ電圧を基準電圧Ｖｒｅｆｄとする。変換器１４は、この基準電圧Ｖｒｅｆｄとモニタ信号の電圧を比較し、モニタ電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆｄを超えている期間、測定ビート信号をサンプリングクロックにより、サンプリングをする。
【００９３】
変換器１４は、サンプリングにより得た測定ビート信号をＡＤ変換して、演算器１５に供給する。図５（ｄ）および図６（ｄ）に示した例においては、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間において、測定ビート信号がサンプリングされ、ＡＤ変換されたデータが、演算器１５に供給される。これにより、レーザダイオード２３が非線形の特性を有していても、安定領域ＡおよびＢにおける測定ビート信号がサンプリングされる様になり、誤差の低減を図ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態においては、不安定な領域である時刻ｔ２からｔ３の期間においても、サンプリングが行われ、ＡＤ変換されたデータが演算器１５に供給される。この不安定な領域は、予めその位置を把握することが可能であるため、例えば演算器１５によって、不安定の期間におけるデータに対しては演算を実施しない様にすることが可能である。もちろん、基準電圧として、上記したＶｒｅｆｄだけではなく、時刻ｔ３および時刻ｔ４に対応する上限の基準電圧Ｖｒｅｆｕ（図示せず）を設ける様にしてもよい。この場合には、変換器１４により、モニタ信号の電圧が基準電圧ＶｒｅｆｄとＶｒｅｆｕとの間に入っている期間においてのみ、測定ビート信号のサンプリングを行う。
【００９５】
この様にして得た安定領域ＡおよびＢのそれぞれにおけるサンプリングデータは、ＡＤ変換され、第１のデジタル信号（安定領域Ａのサンプリングデータ）と第２のデジタル信号（安定領域Ｂのサンプリングデータ）として、演算器１５に供給される。演算器１５は、これらのデジタル信号を用いて、上記した演算を実行することにより、三角波を変更する様なＬＤの駆動電流を形成する。
【００９６】
なお、図５（ａ）に示した駆動電流の波形と、図５（ｂ）に示した測定波および参照波の波形との間には、時間差があるが、図面を簡単にするために、同図では、上下に描かれている。このことは、図６（ａ）と図６（ｂ）についても同様である。
【００９７】
図６（ｅ）には、測定ビート信号をサンプリングし、ＡＤ変換を行い、ＡＤ変換により得られたデータに対して、演算器１５が、フーリエ変換演算を行い、これにより得られた周波数スペクトルが示されている。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は振幅を示す。この様に周波数解析を行うことにより、被測定物１００までの距離に応じた周波数でピークＰが生じる。このピークＰにおける周波数の値を式（９）に代入することにより、被測定物１００までの距離が求められる。演算器１５による演算によって、周波数スペクトルからピーク位置に対応する周波数が得られるため、演算器１５は、このとき周波数弁別器として機能しているとみなすことができる。
【００９８】
本実施の形態においては、三角波の上昇領域における安定領域Ａと下降領域における安定領域Ｂの２つの安定領域における測定ビート信号の周波数を１つの単位として扱う。すなわち、この２つの安定領域Ａ、Ｂにおける測定ビート信号の周波数を平均し、平均した測定ビート信号の周波数を、フーリエ変換用のデータとして用いる。具体的には、上記した第１のデジタル信号（安定領域Ａ）と第２のデジタル信号（安定領域Ｂ）の平均値を求める。求めた平均値をフーリエ変換用のデータとして用いる。フーリエ変換により、周波数スペクトラムのピークを算出することによって、距離が求められる。この様にすることにより、被測定物１００等の振動によって発生するドップラーシフト分の周波数変動を相殺し、測定光路差分のみを測定することが可能となる。
【００９９】
この場合、ドップラーシフトの対策のために、別の光学系を設けなくてもよいため、コストアップを抑えながら、測定における誤差を低減することが可能となる。なお、１カ所の距離の測定には、複数回のレーザ光の照射が行われる。そのため、上記した１つの単位を複数用いて、距離の測定は実施されることになる。
【０１００】
本実施の形態においては、レーザダイオード２３を駆動する駆動波形の上昇領域と下降領域の両方を、図６（ａ）に示した様に変形しているが、上昇領域あるいは下降領域のいずれか一方のみを変形する様にしてもよい。
【０１０１】
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前記実施形態では安定領域での瞬時ビート周波数が一定値になるように、傾きを０に近づく様に演算すると示したが、三角波の上昇部分と下降部分における安定領域での瞬時ビート周波数の平均値を求め、この平均値からの誤差が減少するように演算してもよい。
【０１０２】
また、例えば、上記した変形関数は、波形発生器１に設ける様にしてもよい。
【０１０３】
また、レーザダイオードを駆動する駆動波形の変形は、繰り返して実行する様にしてもよい。この場合、例えば、変形後の関数に従った駆動波形を任意波形発生器１から出力させ、これにより得た瞬時ビート周波数を算出する。算出した瞬時ビート周波数を基に、傾きａｕおよびａｄを求める。求めた傾きと許容範囲±ａｍａｘと比較し、許容範囲内になるまで変形関数ｆｕ１（ｔ）及びｆｄ１（ｔ）のパラメータ（係数）ｃ及びｄを変更して収束させればよい。この様に繰り返すことにより、レーザダイオードの光周波数変調の非線形性による誤差を、さらに軽減でき、高精度に距離を測定することができる。
【０１０４】
更に、演算器１５は、計算機でもよい。この場合、計算機は他のシステムと兼用されていてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１  波形発生器
３  レーザ光発生器
１４  変換器
１５  演算器
２３  レーザダイオード
４１〜４５  ファイバーカプラ
５１〜５３  加算器
９１〜９５  フォトデテクタ
【図１】
2014202716.tif 000016
【図２】
2014202716.tif 000017
【図３】
2014202716.tif 000018
【図４】
2014202716.tif 000019
【図５】
2014202716.tif 000020
【図６】
2014202716.tif 000021