(57)【要約】【課題】送受信光のエネルギー利用効率が高く、Ｆ分の１ノイズの影響を抑えた微小振動検出装置を得る。【解決手段】光源からのレーザ光を分岐する光分岐カプラと、パルス波形を変調信号として生成する変調信号発生器と、分岐されたレーザ光を光パルス信号に変調する光パルス変調器と、光パルス信号のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて、光パルス信号を増幅する光増幅器と、送信光を照射し、測定対象からの散乱光を受信する送受信光学系と、増幅された光パルス信号を送信光として送受信光学系に出力し、送信光に対応する散乱光を受信する光サーキュレータと、分岐されたレーザ光と散乱光とをヘテロダイン検波し電気信号に変換する光受信機と、変調信号発生器からの変調信号に基づいて、光受信機からの電気信号を信号処理し測定対象の振動周波数または振動変位を検出する信号処理機とを備える。【選択図】図１
2006023245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を測定対象に照射し、その反射レーザ光に付加された振動成分を取り出すことにより測定対象の振動周波数または振動変位を測定する微小振動検出装置において、
単一波長のレーザ光を生成する光源と、
前記光源からのレーザ光を分岐する光分岐カプラと、
所定のパルス幅及びパルス繰り返し周期をもつパルス波形を変調信号として生成する変調信号発生器と、
前記変調信号発生器からの前記変調信号に基づいて、前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光を光パルス信号に変調する光パルス変調器と、
前記光パルス変調器で変調された光パルス信号のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて、光パルス信号を増幅する光増幅器と、
送信光を照射して前記測定対象からの散乱光を受信する送受信光学系と、
前記光増幅器によって増幅された光パルス信号を送信光として前記送受信光学系に出力するとともに、前記送受信光学系から前記送信光に対応する散乱光を受信する光サーキュレータと、
前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光と、前記光サーキュレータからの散乱光とをヘテロダイン検波し電気信号に変換する光受信機と、
前記変調信号発生器からの前記変調信号に基づいて、前記光受信機からの電気信号を信号処理し前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出する信号処理機と
を備えたことを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微小振動検出装置において、
前記光源と前記光分岐カプラとの間、前記光分岐カプラと前記光パルス変調器との間、前記光パルス変調器と前記光増幅器との間、前記光増幅器と前記光サーキュレータとの間、前記光サーキュレータと前記送受信光学系との間、前記光分岐カプラと前記光受信機との間、及び前記光サーキュレータと前記光受信機との間は、全て光ファイバケーブルにより接続されることを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、前記送受信光学系と前記測定対象との間の既知の距離に対応する光信号の遅延時間をあらかじめ記憶しておく記憶部を有し、前記変調信号発生器からの前記変調信号をトリガ信号とし、前記遅延時間分遅延したタイミングで前記電気信号をＡ／Ｄ変換し、さらに、Ａ／Ｄ変換後の波形のスペクトル解析を行うことにより前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出することを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、前記変調信号発生器からの前記変調信号をトリガ信号とし、遅延時間を可変として前記電気信号をＡ／Ｄ変換するための複数のタイミング信号を生成し、前記電気信号を前記複数のタイミング信号でＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の波形のスペクトル解析を行ったそれぞれの結果の中から最大のＳ／Ｎ比を有するタイミング信号を抽出することにより、前記送受信光学系と前記測定対象との間の遅延時間及び距離を特定し、抽出された前記タイミング信号に対応するスペクトル解析の結果から前記測定対象の振動周波数または振動変位を検出することを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の微小振動検出装置において、
前記送受信光学系は、送信光を集光する焦点位置を調整できる機能を有し、前記信号処理機で特定された前記送受信光学系と前記測定対象との間の距離に応じて前記焦点位置を調整することを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の微小振動検出装置において、
前記光受信機は、ヘテロダイン検波して変換した前記電気信号の交流成分の値をさらに算出し、
前記光分岐カプラと前記光受信機との間に設けられ、前記光受信機からの前記交流成分の値を読み取り、前記交流成分の値が最大となるように前記光分岐カプラで分岐されたレーザ光の位相を可変して前記光受信機に出力する位相器をさらに備えたことを特徴とする微小振動検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の微小振動検出装置において、
前記信号処理機は、信号処理後のデジタル信号から不要周波数成分を除去してＤ／Ａ変換を行ってアナログ信号を算出する機能をさらに備えたことを特徴とする微小振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を測定対象に照射し、測定対象の振動周波数または振動変位を測定する微小振動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の微小振動検出装置としては、レーザ光を測定対象に照射し、それによりその反射レーザ光に付加された振動成分を取り出すことにより測定対象の振動周波数または振動変位を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。この微小振動検出装置では、検出する振動周波数が可聴域な低周波数帯である場合には、その振動数の２倍程度のサンプリング周期で受信時にＡ／Ｄ変換処理を行うことにより、振動周波数を検出することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５９５６０号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の微小振動検出装置で使用しているレーザ光は、連続波（以下、ＣＷと呼ぶ）を用いているため、Ａ／Ｄ変換しない時間帯においてもレーザ光を送受信していることになり、送受信光のエネルギー利用効率が低いという問題点がある。
【０００５】
また、従来の微小振動検出装置では、検出する振動周波数がｋＨｚオーダーの低周波数帯である場合には、低周波で増大するＦ分の１ノイズの影響を受けやすいという問題点がある。
【０００６】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、従来よりも送受信光のエネルギー利用効率が高く、Ｆ分の１ノイズの影響を抑えた微小振動検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微小振動検出装置は、レーザ光を測定対象に照射し、その反射レーザ光に付加された振動成分を取り出すことにより測定対象の振動周波数または振動変位を測定する微小振動検出装置において、単一波長のレーザ光を生成する光源と、光源からのレーザ光を分岐する光分岐カプラと、所定のパルス幅及びパルス繰り返し周期をもつパルス波形を変調信号として生成する変調信号発生器と、変調信号発生器からの変調信号に基づいて、光分岐カプラで分岐されたレーザ光を光パルス信号に変調する光パルス変調器と、光パルス変調器で変調された光パルス信号のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて、光パルス信号を増幅する光増幅器と、送信光を照射して測定対象からの散乱光を受信する送受信光学系と、光増幅器によって増幅された光パルス信号を送信光として送受信光学系に出力するとともに、送受信光学系から送信光に対応する散乱光を受信する光サーキュレータと、光分岐カプラで分岐されたレーザ光と、光サーキュレータからの散乱光とをヘテロダイン検波し電気信号に変換する光受信機と、変調信号発生器からの変調信号に基づいて、光受信機からの電気信号を信号処理し測定対象の振動周波数または振動変位を検出する信号処理機とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所定のパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて増幅された光パルス信号を送信光として、測定対象の振動周波数または振動変位を測定することにより、従来よりも送受信光のエネルギー利用効率が高く、Ｆ分の１ノイズの影響を抑えた微小振動検出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の微小振動検出装置の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。本発明の微小振動検出装置は、所定のパルス幅とパルス繰り返し周期を有し、かつ、そのパルス幅とパルス繰り返し周期との比に応じて増幅された光パルス信号を測定対象への送信光として用いることにより、送信光のエネルギー効率を高めることができるとともに、ノイズの影響を低減して測定対象の振動周波数または振動変位を測定できることを特徴とする。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における微小振動検出装置の構成図である。図１における微小振動検出装置は、光源１、光分岐カプラ２、変調信号発生器３、光パルス変調器４、光増幅器５、光サーキュレータ６、送受信光学系７、光受信機８、信号処理機９、表示器１０で構成され、測定対象２０の微小振動を検出する。
【００１１】
光源１と光分岐カプラ２との間、光分岐カプラ２と光パルス変調器４との間、光パルス変調器４と光増幅器５との間、光増幅器５と光サーキュレータ６との間、光サーキュレータ６と送受信光学系７との間、光分岐カプラ２と光受信機８との間、及び光サーキュレータ６と光受信機８との間は、それぞれ光ファイバケーブルにより接続されており、図１において太い実線で示されている。
【００１２】
また、変調信号発生器３と光パルス変調器４との間、変調信号発生器３と信号処理機９との間、光受信機８と信号処理機９との間、及び信号処理機９と表示器１０との間は、それぞれ電線ケーブルにより接続されており、図１において細い実線で示されている。さらに、送受信光学系７と測定対象２０との間を通るレーザ光は、空間を伝搬し、図１において太い点線で示されている。
【００１３】
光源１は、単一波長のレーザ光を生成する機能を有している。光分岐カプラ２は、光源１からのレーザ光をヘテロダイン検波におけるローカル光として２つに分岐する機能を有しており、分岐した一方のローカル光を光受信機８へ出力し、他方のローカル光を光パルス変調器４へ出力する。変調信号発生器３は、所定のパルス幅及びパルス繰り返し周期をもつパルス波形を変調信号として出力する機能を有している。
【００１４】
光パルス変調器４は、変調信号発生器３からの変調信号に基づいて、光分岐カプラ２からのローカル光をパルス化して光パルス信号を生成する機能を有している。光増幅器５は、光パルス変調器４からの光パルス信号を増幅して出力する機能を有している。光サーキュレータ６は、光増幅器５からの増幅された光パルス信号を送受信光学系７へ出力する。
【００１５】
送受信光学系７は、光サーキュレータ６からの光パルス信号を送信光として測定対象２０へ向けて照射する機能を有するとともに、その送信光に対する測定対象２０からの散乱光を受信して、光サーキュレータ６へ送る機能を有している。先に説明した光サーキュレータ６は、送受信光学系７からの散乱光を光受信機８へ出力する機能をさらに有している。
【００１６】
光受信機８は、光分岐カプラ２からのローカル光と、光サーキュレータ６からの散乱光とをヘテロダイン検波し、電気信号に変換する機能を有している。信号処理機９は、変調信号発生器３からの変調信号をトリガ信号として使用し、光受信機８からの電気信号を信号処理し、測定対象２０の微小振動の振幅または周波数を検出する機能を有している。さらに、表示器１０は、信号処理機９で検出された測定対象２０の微小振動の変位または周波数を表示する機能を有している。
【００１７】
ここで、光増幅器５は、エネルギー蓄積機能を有するものであり、例えば、光ファイバ増幅器などがこれに相当する。なお、本発明で用いる「エネルギー蓄積機能」とは、光増幅器５が駆動され、かつ光信号が入力されない時間帯において、光増幅器５内にエネルギーを蓄積する機能のことを意味する。
【００１８】
この「エネルギー蓄積機能」について、次に説明する。図２は、本発明の実施の形態１における光増幅器５のエネルギー蓄積機能の説明図である。光増幅器５は、連続光（以下、ＣＷ光と呼ぶ）が入力された場合には、図２（ａ）に示すように、一定の出力パワーＰＣＷを出力する。
【００１９】
これに対して、光増幅器５は、光パルス信号が入力された場合には、図２（ｂ）に示すように、光パルス信号が入力されない時間帯に蓄積されたエネルギーを一気に光パルス信号に注入し、出力する。すなわち、図２（ｂ）におけるパルス出力平均パワーは、図２（ａ）におけるＣＷ光に対する出力パワーＰＣＷと等しくなる。
【００２０】
したがって、このような光増幅器５は、パルス幅ｗとパルス繰り返し周期Ｔを駆動条件として定めることにより、ＣＷ光を入力した際に出力されるパワーよりも高いピークパワーを持つ光パルス信号を出力することができる。具体的には、ＣＷ光を入力した際の出力パワーをＰＣＷとし、光パルス信号を入力した際のパルスのデューティー比をＲｄｕｔｙ（＝ｗ／Ｔ）とすると、光パルス信号を入力した際の出力ピークパワーＰｐｕｌｓｅは、次式（１）で表される値まで高くできる。
【００２１】
【数１】
2006023245.tif 000003
【００２２】
先に説明したように、信号処理機９は、変調信号発生器３からの変調信号をトリガ信号として使用し、光受信機８からの出力信号を信号処理する機能を有しており、Ａ／Ｄ変換を行う。ここで、Ａ／Ｄ変換におけるサンプリング周期は、パルスの繰り返し周波数（１／Ｔに相当）と同じ値とする。ただし、サンプリング時間は、パルス幅ｗと同程度であるとする。
【００２３】
ここで、「サンプリング周期」及び「サンプリング時間」について、次に説明する。図３は、本発明の実施の形態１の微小振動検出装置における「サンプリング周期」及び「サンプリング時間」の関係を示した図である。「サンプリング周期」は、Ａ／Ｄ変換を行う繰り返し周期のことを意味する。また、「サンプリング時間」は、１回のＡ／Ｄ変換を行うのに要する時間のことを意味する。
【００２４】
また、信号処理機９は、送受信光学系７から測定対象２０までの距離に対応する遅延時間だけ遅れたタイミングでＡ／Ｄ変換を行う機能を有している。さらに、信号処理機９は、Ａ／Ｄ変換した波形に対してＦＦＴ処理などのスペクトル解析を行う機能を有している。なお、送受信光学系７と測定対象２０との間の距離は既知であり、信号処理機９は、この既知の距離に対応する遅延時間をあらかじめ記憶しておく記憶部（図示せず）を備えているものとする。
【００２５】
図１において、光源１としては、例えば、ＬＤ（Laser Diode）やＤＦＢ（Distributed Feedback：分布帰還型）ファイバレーザを用いることができ、変調信号発生器３としては、例えば、パルスジェネレータを用いることができる。また、光パルス変調器４としては、例えば、音響光学変調器（Acoust Optic Modulator：ＡＯＭ）やマッハツェンダー干渉型強度変調器を用いることができる。また、光受信機８としては、例えば、光バランストレシーバーを用いることができる。さらに、測定対象２０としては、例えば、ガラス窓などが考えられる。
【００２６】
次に、図１に示した微小振動検出装置の動作について説明する。まず、光源１により単一波長のレーザ光が出射され、そのレーザ光は、光分岐カプラ２によって２方向に分岐される。光分岐カプラ２で分岐された一方のレーザ光は、ヘテロダイン検波におけるローカル光として光受信機８に到達する。光源１からのレーザ光の周波数をｆ０とし、ローカル光の位相をφ１とすると、ローカル光の電界Ｅ１は、次式（２）で表される。
【００２７】
【数２】
2006023245.tif 000004
【００２８】
また、光分岐カプラ２で分岐されたもう一方のレーザ光は、変調信号発生器３からの変調信号に応じて、光パルス変調器４により光パルス信号に変換される。
【００２９】
次に、光パルス変調器４から出力される光パルス信号は、光増幅器５により増幅され、パルスのピークパワーが増加する。本発明では、光増幅器５に入力する光信号として光パルス信号を用いるため、上述した光増幅器５のエネルギーの蓄積効果により、式（１）に示したように、ＣＷ光を入力した際に得られるパワーよりも高いピークパワーが得られる。
【００３０】
光増幅器５からの送信光は、光サーキュレータ６を介して送受信光学系７に到達する。送信光の位相をφ２とし、光パルス信号のエンベロープを表す項をＸ（ｔ）とすると、送受信光学系７から送信される送信光の電界Ｅ２は、次式（３）で表される。
【００３１】
【数３】
2006023245.tif 000005
【００３２】
光パルス信号のエンベロープを表す項であるＸ（ｔ）は、次式（４）で表される。
【００３３】
【数４】
2006023245.tif 000006
【００３４】
式（４）は、変調信号発生器３から発生する変調信号の立ち上がり時間をｔ＝０とし、変調信号パルス幅をｗとし、パルス繰り返し周期をＴとして、０≦ｔ≦Ｔにおいて成立する関係のみを示している。すなわち、送信光は、周期Ｔで繰り返し送信されるが、式（４）では、１回の送信についてだけ時間条件を記載している。
【００３５】
送受信光学系７から送信される送信光は、測定対象２０に向けて照射される。測定対象２０の微小振動の変位をＡとし、振動周波数をｆＴとし、さらに、測定対象２０の振動における初期位相をφＳとすると、測定対象２０の振動速度Ｖ（ｔ）は、次式（５）で表される。
【００３６】
【数５】
2006023245.tif 000007
【００３７】
測定対象２０からの散乱光は、送受信光学系７により受信され、光サーキュレータ６を介して光受信機８に到達する。この散乱光は、測定対象２０の振動によるドップラー効果を受けている。送信光が送受信光学系７から測定対象２０に送信され、その送信光に対する散乱光が測定対象２０から送受信光学系７に受信されるまでの時間（以下、光信号往復時間と呼ぶ）をτとし、ドップラー効果によって散乱光が受ける位相シフトをθｄとし、さらに、受信光の位相をφ３とすると、光受信機８で受信される受信光の電界Ｅ３は、次式（６）で表される。
【００３８】
【数６】
2006023245.tif 000008
【００３９】
光速をｃとし、送受信光学系７から測定対象２０までの距離をＬとすると、光信号往復時間τは、次式（７）で表される。
【００４０】
【数７】
2006023245.tif 000009
【００４１】
また、光源１からのレーザ光の波長をλとすると、ドップラー効果によって散乱光が受ける位相シフトθｄは、次式（８）で表される。
【００４２】
【数８】
2006023245.tif 000010
【００４３】
光受信機８は、式（２）で電界Ｅ１が表されるローカル光と、式（６）で電界Ｅ３が表される受信光とを合波し、合波後の信号をヘテロダイン検波する。光受信機８からの出力信号における交流成分Ｉ（ｔ）は、ｍを変調度とし、Bessel関数を用いると、次式（９）で表される。
【００４４】
【数９】
2006023245.tif 000011
【００４５】
次に、光受信機８からの出力信号を信号処理機９により信号処理する。まず、信号処理機９は、変調信号発生器３からの変調信号をトリガ信号として、光受信機８からの出力信号をＡ／Ｄ変換する。図４は、本発明の実施の形態１における信号処理機９のＡ／Ｄ変換動作を説明するための模式図である。
【００４６】
信号処理機９は、変調信号発生器３からの変調信号をトリガ信号とし、このトリガ信号から光信号往復時間τだけ遅延したタイミングで光受信機８からの出力信号に対してＡ／Ｄ変換動作を行う。これにより、信号処理機９は、光受信機８からの出力信号としてパルス状の散乱光成分が受信される時間に合わせてＡ／Ｄ変換動作を行うことができ、パルス状の散乱光成分をデジタルデータとして採取することが可能となる。
【００４７】
そして、最終的に、信号処理機９は、上記デジタルデータに対して、ＦＦＴをはじめとしたスペクトル解析処理による信号処理をさらに施し、スペクトルにおけるピーク周波数およびピーク周波数における信号強度を求めることにより、測定対象２０の振動周波数ｆｔ及び振動変位Ａを検出することができる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態１における微小振動検出装置において、変調信号発生器３が発生するパルス変調信号のパルス幅及びパルス繰り返し周波数については、以下のような方法で設定する。まず、検出したい振動周波数ｆａを決め、サンプリング周波数をナイキストの定理にしたがって上記振動周波数の２倍に設定する。また、パルス繰り返し周波数については、サンプリング周波数と同一とし、２ｆａとする。
【００４９】
一方、光パルス信号を光増幅器５で増幅する際に、パルス出力のピークパワーは、式（１）で示したように、パルスデューティー比Ｒｄｕｔｙの逆数倍で増加するため、パルス幅が短ければ短いほどピークパワーが増加することになる。したがって、パルス幅は、光受信機８および信号処理機９におけるＡ／Ｄ変換器の応答速度に対応できる範囲において、可能な限り短くすることができる。
【００５０】
なお、本発明の実施の形態１における微小振動検出装置は、光増幅器５に光ファイバ増幅器を用いて光パルス信号を入力することにより、式（１）に示したようにＣＷ光を入力した場合に得られる出力パワーよりも高いピークパワーの出力が得られる。これにより、従来よりも受信光のパワーを大きくすることが可能となる。さらに、出力パワーを大きくしたパルス出力を送信光とし、その散乱光に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、従来よりも送受信光のエネルギー利用効率を上昇させることができる。
【００５１】
また、本発明の実施の形態１における微小振動検出装置では、光増幅器５に光ファイバ増幅器を使用し、ファイバ光部品間を全て光ファイバにより接続しているので、装置全体がフレキシブルとなる。これにより、各部品の配置自由度が向上し、装置全体を小型化した微小振動検出器を得ることができる。
【００５２】
また、一般に、測定対象が窓ガラスや建物等である場合、検出する振動周波数は、ｋＨｚオーダーの低周波であり、低周波で増大するＦ分の１ノイズの影響を受けやすい。ところが、本発明では、上述のように、光受信機８からの出力信号がパルス状の波形となるため、その出力信号が持つ周波数帯域は、広帯域となる。
【００５３】
具体的には、パルス幅ｗの逆数程度の周波数帯域幅を持つようになる。このようにして、取り扱う信号を低周波から高周波まで広帯域化することで、上記Ｆ分の１ノイズの影響を相対的に低減させることが可能となる。
【００５４】
実施の形態１によれば、ＣＷ光を入力した場合に得られる出力パワーよりも高いピークパワーを有するパルス出力を送信光とすることができるとともに、その散乱光に対してＡ／Ｄ変換を施すことができ、従来よりも送受信光のエネルギー利用効率を上昇させることができる。さらに、送信光をパルス状の波形とすることにより、その送信光が持つ周波数帯域を低周波から高周波まで広帯域化することができ、低周波で問題となっていたＦ分の１ノイズの影響を相対的に低減させることが可能となる。
【００５５】
なお、本発明の実施の形態１における微小振動検出装置は、測定対象が単一周波数で振動する場合について説明したが、測定対象の周波数は、単一でなくても構わない。例えば、測定対象が窓であり、この窓が自動車騒音により振動するような場合であれば、この騒音を検出することも可能である。この場合には、信号処理機９は、ＦＦＴ処理等のスペクトル解析により不要周波数成分を除去した後、Ｄ／Ａ変換器によりアナログ信号を出力する機能を有するようにすれば、この騒音を再生できるという効果が生じる。
【００５６】
実施の形態２．
実施の形態１では、光信号往復時間τが既知であるものとして、測定対象の振動周波数または振動変位を測定する場合を説明した。実施の形態２では、光信号往復時間τが未知であるときに、本発明の微小振動検出装置を適用して光信号往復時間τを求める場合について説明する。実施の形態２における微小振動検出装置の構成は、実施の形態１における微小振動検出装置の構成を示す図１と同様である。
【００５７】
本発明の微小振動検出装置では、実施の形態１で説明したように、送受する光信号にＣＷではなくパルスを使用している点を特徴としている。したがって、光信号往復時間τが未知である場合においても、次のようにして光信号往復時間τを知ることができる。実施の形態２における信号処理機９は、遅延タイミングを可変とする機能をさらに有している。
【００５８】
信号処理機９は、電気信号をＡ／Ｄ変換するための遅延時間として、複数のタイミング信号を生成し、電気信号をその複数のタイミング信号でＡ／Ｄ変換する。さらに、信号処理機９は、Ａ／Ｄ変換後の波形のスペクトル解析を行ったそれぞれの結果の中から最大のＳ／Ｎ比を有するタイミング信号を抽出する。この結果、測定におけるＳ／Ｎ比が最大となるタイミング信号を抽出ことにより、未知であった光信号往復時間τを知ることができる。
【００５９】
また、光信号往復時間τを知ることができれば、式（７）の関係を用いて、この光信号往復時間τに光速ｃを乗じて２で割ることにより、測定対象２０までの距離Ｌを求めることができる。
【００６０】
なお、送受信光学系７が送信光を集光する焦点位置を調整できる機能を有するものである場合には、上述のようにして信号処理機９により求められた測定対象２０までの距離Ｌに基づいて、送受信光学系７は、焦点を距離Ｌと一致させるように焦点位置を調整することができる。これにより、測定におけるＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。
【００６１】
実施の形態２によれば、複数のタイミング信号を生成し、それぞれのタイミング信号に対する測定結果の中から最大のＳ／Ｎ比を有するタイミング信号を抽出することにより、未知であった光信号往復時間τを知ることができ、さらに測定対象までの距離Ｌを求めることが可能となり、測定対象までの距離が未知の場合にもＳ／Ｎ比の向上を図った測定が可能となる。
【００６２】
実施の形態３．
実施の形態３では、光受信機がヘテロダイン検波する際の検出信号のＳ／Ｎ比を向上させる手段について説明する。図５は、本発明の実施の形態３における微小振動検出装置の構成図である。実施の形態１及び２における微小振動検出装置の構成を示す図１と比較すると、図５の微小振動検出装置は、新たに位相器１１を備えている点が異なる。また、図５における光受信機８は、実施の形態１で説明した式（９）の交流成分Ｉ（ｔ）の値を算出する機能をさらに有している。
【００６３】
位相器１１は、光分岐カプラ２と光受信機８との間に設けられている。ここで、「位相器」とは、入力光を所望の位相に調整して出力する装置のことを意味する。位相器１１は、光受信機８で算出された交流成分Ｉ（ｔ）の値を読み取り、この値が最大となるように、光分岐カプラ２で分岐されたレーザ光の位相を可変して、光受信機８に出力する働きをする。
【００６４】
ここで、交流成分Ｉ（ｔ）における振動周波数成分が最大となるのは、ローカル光の位相φ１と受信光の位相φ３との位相差φ３−φ１が、ｎπ＋π／２（ただし、ｎは整数）となる場合、つまり、ｓｉｎ（φ３−φ１）＝１となる場合である。
【００６５】
位相器１１は、ローカル光の位相φ１を調整することにより、相対的に受信光の位相φ３との位相差φ３−φ１を調整することができる。したがって、ｓｉｎ（φ３−φ１）＝１の関係が成り立つようにローカル光の位相φ１を調整することにより、交流成分Ｉ（ｔ）における振動周波数成分を常に最大に保持することが可能となり、その結果、測定におけるＳ／Ｎ比をさらに向上させることが可能となる。
【００６６】
実施の形態３によれば、ローカル光の位相を調整することにより、ヘテロダイン検波により検出される出力信号の交流成分を最大にすることができ、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させて測定対象の振動周波数または振動変位を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１における微小振動検出装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における光増幅器のエネルギー蓄積機能の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１の微小振動検出装置における「サンプリング周期」及び「サンプリング時間」の関係を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における信号処理機のＡ／Ｄ変換動作を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３における微小振動検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  光源、２  光分岐カプラ、３  変調信号発生器、４  光パルス変調器、５  光増幅器、６  光サーキュレータ、７  送受信光学系、８  光受信機、９  信号処理機、１０  表示器、１１  位相器、２０  測定対象。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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