(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に周波数掃引されるプローブ信号と、上記プローブ信号に一定周波数の基準信号を乗算して周波数シフトさせた信号とを発生させ、上記プローブ信号を測定対象物に入力し、上記測定対象物から反射した上記プローブ信号に周波数シフトさせた信号を乗算して上記周波数シフト量に対応した周波数を持つ被測定信号を得ると共に、上記被測定信号を上記一定周波数の基準信号によって同期検波して上記同期検波出力をＡＤ変換器でデジタル信号に変換し、上記デジタル信号を演算器で逆フーリエ変換して上記逆フーリエ変換結果を表示器に表示させる障害探査装置において、
上記同期検波器に基準信号を与える基準信号供給路と被測定信号供給路の何れか一方に位相調整器と、振幅調整器とを配置し、
上記制御器は、上記位相調整器と 上記振幅調整器とを調整して上記同期検波器の検波出力が最小となる調整を常時行うものであることを特徴とする障害点探査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の障害点探査装置において、
上記プローブ信号は、上記制御器からの制御信号に基づいて一方向にステップ状に周波数掃引されるものであることを特徴とする障害点探査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の障害点探査装置において、
上記プローブ信号は、上記制御器からの制御信号に基づいて一方向に鋸歯状に周波数掃引されるものであることを特徴とする障害点探査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の障害点探査装置において、
上記位相調整器を基準信号供給路か被測定信号供給路の何れか一方に、上記振幅調整器を他方の信号供給路に配置する構成としたことを特徴とする障害点探査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の障害点探査装置において、
上記プローブ信号をプローブ光とし、上記測定対象物を光素子としたことを特徴とする障害点探査装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかに記載の障害点探査装置において、
上記プローブ信号を電磁マイクロ波とし、測定対象物をマイクロ波回路素子としたことを特徴とする障害点探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば光伝路或はマイクロ波回路素子等の信号線路の欠陥等を測定する装置に流用して好適な同期検波装置を用いた障害点探査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｔｒｙ）と呼ばれ、例えば光ファイバのような光伝送線路に光パルスを入射し、その反射光の有無を検出して光伝送線路に障害点が存在するか否かを測定する装置が実用化されている。
【０００３】
このＯＴＤＲでは障害点の位置を分解能よく検出するには入射する光パルスのパルス幅を狭くしなければならないこと、その光パルスのピークパワーも大きいことが要求される。従って狭いパルス幅の光パルスを出射できる高速光源で、然も出力パワーの大きい光源を必要としている。一方、入射する光パルスのパワーを大きくすると、測定対象物への影響も考慮しなければならなくなり、分解能の点でＯＴＤＲには限界が存在する。
【０００４】
この限界を解消しようとする提案の一つに刊行物「応用物理第６１巻第９号（１９９２）頁９３９〜９４２」に掲載されたステップ周波数レーザーレーダが挙げられる。
図８にこのステップ周波数レーザーレーダの原理構成図を示す。半導体レーザ等の光源１は制御器１８から与えられるランプ電圧等により、ステップ状に発光周波数が周波数掃引される光ビーム２を出射する。光ビーム２は例えば音響光学変調器３で発振器４から与えられる周波数ｆ0 の信号により周波数変調され、この周波数シフトされた光信号が参照光６として取出される。これと共に周波数シフトされない光ビーム５がプローブ光として測定対象物ＤＵＴに入射される。
【０００５】
方向性結合器７により測定対象物ＤＵＴから反射されて帰って来る反射光８を取り出し、この反射光８と参照光６を光結合器１０で結合させヘテロダイン検波し、周波数ｆ0 の干渉光９を得る。
干渉光９は光検出器１１で周波数ｆ0 の電気信号に変換され、バンドパスフィルタ１２で周波数ｆ0 以外の周波数の成分を除去し、必要に応じて増幅器１３で増幅され、同期検波器１４に測定信号ＳMEとして入力される。
【０００６】
同期検波器１４には発振器４から周波数ｆ0 を持つ基準信号ＲＦが与えられ、この基準信号ＲＦによって測定信号ＳMEを同期検波し、実数部Ｉと虚数部Ｑとから成る複素信号を得る。その同期検波出力をＡＤ変換器１５でデジタル信号に変換し、演算器１６に入力される。演算器１６は例えばＦＦＴと呼ばれよく知られている高速フーリエ変換手段を用いることができる。演算器１６では例えば複素信号を逆フーリエ変換し、その逆フーリエ変換結果を表示器１７に表示させることにより、表示器１７には図９に示すように横軸に距離、縦軸に反射エネルギーを示す反射成分Ａ1 ，Ａ2 が表示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種の障害点探査装置では同期検波器１４の同期検波出力が最大感度となるように、同期検波器１４に入力する測定信号ＳMEと基準信号ＲＦの位相が設定される。
この結果、ＡＤ変換器１５には反射成分Ａ1 ，Ａ2 の存在を検出した期間は、大きいレベルの信号が入力されるため、ＡＤ変換器１５はダイナミックレンジが広いものが要求される。更に反射波の存在が無い期間でも同期検波器１４は比較的大きいレベルの雑音成分ＮＳ（図９）を出力する。この雑音成分ＮＳによって比較的微小なレベルの反射成分の存在を検出できない不都合が生じる。つまり、障害点の位置が遠距離になる程、反射成分のエネルギーが低下するため、遠距離からの反射は雑音成分ＮＳに埋もれ検出可能な距離範囲が狭い範囲に制限されてしまう不都合が生じる。
【０００８】
この発明の目的は雑音成分ＮＳに埋もれることなく、遠距離からの微小レベルの反射信号も検出することができる同期検波装置と、この同期検波装置を利用した障害点探査装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の同期検波装置では同期検波器の基準信号供給路か又は被測定信号供給路の何れか一方に位相調整器と振幅調整器とを設け、これら位相調整器と振幅調整器を調整して同期検波器の検波出力が最小となる調整条件を求め、この調整条件により被測定信号が持つ位相と振幅を測定する同期検波装置を提供する。
【００１０】
この発明の同期検波装置によれば基準信号又は測定信号の何れか一方の位相と振幅を調整し、同期検波出力が最小値となる調整条件を求め、この調整条件から測定信号の位相情報と振幅情報を得るから、同期検波器の出力側に配置するＡＤ変換器はダイナミックレンジが広いものを必要としない。また常時同期検波出力は最小値となる条件に調整されるから、雑音成分のレベルも小さくできる。
【００１１】
この結果としてこの同期検波装置を利用して障害点探査装置を構成することにより微小レベルの反射信号も検出でき、測定可能な距離範囲を拡げることができる利点が得られる。
尚、この発明による同期検波装置において、位相調整器と振幅調整器は請求項２で規定しているように基準信号供給路と被測定信号供給路の何れか一方に別々に挿入してもよく、その挿入位置は特に制限されるものでない。
【００１２】
また、この発明による障害点探査装置は請求項７で規定しているように測定対象物を光学素子に限らずマイクロ波回路素子にも適用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明による同期検波装置の一例と、この同期検波装置を利用した障害点探査装置の実施例を示す。図１に示す実施例では同期検波器１４に基準信号ＲＦを与える基準信号供給路に位相調整器２１と振幅調整器２２を配置し、これら位相調整器２１と、振幅調整器２２と、同期検波器１４及び制御器１８とによって同期検波装置２０を構成した場合を示す。
【００１４】
一般に同期検波器１４は基準信号ＲＦと測定信号ＳMEの位相が同位相又は逆位相の場合に最大検波出力を発生するが、これらの位相の関係が±９０°の位相差を持ち、更に両者の振幅が同一であるとき検波出力は最小値となる。
従って制御器１８はＡＤ変換器１５のＡＤ変換出力の一部を取り込んでその値が最小値となるように位相調整器２１と振幅調整器２２を制御データφとＡにより制御することにより、その制御データφとＡにより測定信号ＳSEの位相と振幅値を知ることができる。
【００１５】
例えば同期検波器１４の検波出力が最小値を示した状態で位相調整器２１と振幅調整器２２の制御データφとＡが共にゼロの状態であればその状態で、同期検波器１４に入力される基準信号ＲＦと被測定信号の位相は既に９０°の位相差を持ち、然も両者の振幅が同一であると判定することができる。従って基準信号ＲＦの振幅と位相が予め既知であるとすれば測定信号ＳMEの振幅と位相を求めることができる。
【００１６】
一方他の例として位相調整器２１を制御する制御データφが位相調整器２１の移相量を９０°遅らせる値を持ち、振幅調整器２２を制御する制御データＡが１／２の減衰量で同期検波器１４の検波出力が最小値になったとすると、測定信号ＳMEの位相は調整前の基準信号ＲＦと同位相であり、その振幅は調整前の基準信号ＲＦの振幅の１／２であったと測定することができる。
【００１７】
このように、位相調整器２１と振幅調整器２２の制御データφとＡから測定信号ＳMEの位相と振幅値を検出することができ、位相調整器２１と振幅調整器２２への制御量を表わす制御データφとＡを演算器１６に渡し、演算器１６で位相調整器２１と振幅調整器２２の制御データφとＡを加えて逆フーリエ変換することにより、反射成分Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 （図２参照）の存在と、反射成分Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 の発生位置を表示することができる。
各反射成分Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ・・・における反射エネルギ−Ｐ（ξ）は、次式で表すことができる。
【００１８】
【数１】
0003916761.tif 000002
ここで  Ｋ：常数                          ｃ：光速度
Ｍ：反射点数                    Δｆ：ステップ周波数間隔
Ｓi ：ｉ番目の反射係数            ｚi ：反射点までの距離
δｆ：光スペクトル線幅              Ｎ：全ステップ数
以上説明したように、この発明による同期検出装置２０を障害点探査装置に用いることにより、ＡＤ変換器１５は常に同期検波器１４の最小検波出力をＡＤ変換すればよいからＡＤ変換器１５はダイナミックレンジが広いものを必要としない。従って安価なＡＤ変換器を用いることができる。
【００１９】
更に、同期検波器１４の出力は常に最小検波出力に維持されるから雑音成分ＮＳも小さくできる。よって反射成分Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 を図２に示すように雑音成分ＮＳに埋もれることなく表示し、遠隔点にある障害点も検出することができる利点が得られる。
図１に示した実施例では基準信号ＲＦの供給路に位相調整器２１と振幅調整器２２を配置した例を示したが、図３に示すように測定信号供給路に挿入してもよい。この場合には同期検波器１４の検出出力が最小値となるように測定信号の位相と振幅を制御データφとＡによって調整すればよく、この制御データφとＡによって測定信号の位相と振幅値を求めることができる。
【００２０】
図４は位相調整器２１を基準信号ＲＦの信号供給路に配置し、振幅調整器２２を測定信号供給に挿入した場合を示す。この場合も図１に示した実施例と同様に制御データφとＡにより測定信号の振幅値と位相を測定することができる。
図５の実施例では測定対象物ＤＵＴが透過型の場合を示す。この場合も、参照光６と透過光８′を光結合器１０で光結合させて干渉光９を得ると共に干渉光９を光検出器１１で電気信号に変換し、この電気信号を同期検波装置２０で同期検波して逆フーリエ変換することにより、透過光８′の有無と、透過光８′のエネルギーを表示器１７に表示することができる。
【００２１】
尚、図１乃至図５に示した実施例では光源１の発光波長をステップ状に周波数掃引させるものとして説明したが、図６に示すように光源１に鋸歯状波ＳW を与え、光源１から出力される光ビーム２の波長を連続的に周波数掃引させても上述と同様の作用効果を得ることができる。
また、図７に示すように、光源１に代えてマイクロ波発振器３１と変調器３２を設け、これらマイクロ波発振器３１と変調器３２によってマイクロ波のプローブ信号３３と参照信号３４を得るようにし、測定対象物ＤＵＴも例えばマイクロストリップラインのようなマイクロ波回路素子とし、このマイクロ波素子の障害点を探査するマイクロ波型の障害点検出装置にもこの発明による同期検波装置２０を流用することができる。
【００２２】
この場合には参照信号３４と方向性結合器３５で検出した反射信号３６をミキサ３７で周波数混合し、このミキサ３７でヘテロダイン検波して周波数ｆ0 の信号３６を得るようにし、この周波数ｆ0 の信号３６をバンドパスフィルタ１２でろ波して取り出し、増幅器１３を通じて測定信号ＳMEとして同期検波器１４に入力すれば、この測定信号ＳMEを基準信号ＲＦで同期検波することができる。また、この場合も位相調整器２１と振幅調整器２２の調整により同期検波器１４の検波出力を最小になるように調整し、その調整量により測定信号ＳMEの位相と振幅を求めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による同期検波装置２０によれば同期検波器１４の出力が最小となるように基準信号ＲＦか又は測定信号の位相と振幅を調整し、その調整量により測定信号の位相と振幅値を測定するから、ＡＤ変換器１５は常に同期検波器１４の最小検波出力をＡＤ変換すればよい。従って、ＡＤ変換器１５は広いダイナミックレンジを必要としない。この結果安価なＡＤ変換器で構成することができる。また、同期検波器１４の同期検波出力は最小値に維持されるから、雑音成分ＮＳも小さくできる。従って障害点における反射エネルギーが低い反射波でも雑音に埋もれることなく検出することができる。よって、この発明による同期検波装置２０を障害点探査装置に適用することにより、探査範囲が広い障害点探査装置を構成することができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による同期検波装置の一例と、この同期検波装置を利用した障害点探査装置の一例を示すブロック図。
【図２】図１に示した障害点探査装置の探査結果の一例を示す正面図。
【図３】この発明による同期検波装置の変形例を説明するためのブロック図。
【図４】この発明による同期検波装置の更に他の実施例と、この同期検波装置を障害物探査装置に流用した例を示すブロック図。
【図５】この発明による同期検波装置を透過型の障害点探査装置に流用した例を示すブロック図。
【図６】この発明の変形実施例を示すブロック図。
【図７】この発明をマイクロ波回路素子用の障害点探査装置に応用した例を示すブロック図。
【図８】従来の技術を説明するためのブロック図。
【図９】図８に示した従来の障害点探査装置の探査結果を示す正面図。
【符号の説明】
１    光源
２    光ビーム
３    高響光学変調器
４    発振器
５    プローブ光
７    方向性結合器
８    反射光
９    干渉光
１１    光検出器
１２    バンドパスフィルタ
１３    増加器
１４    同期検波器
１５    ＡＤ変換器
１６    演算器
１７    表示器
１８    制御器
２０    同期検波装置
２１    位相調整器
２２    振幅調整器
【図１】
0003916761.tif 000003
【図２】
0003916761.tif 000004
【図３】
0003916761.tif 000005
【図４】
0003916761.tif 000006
【図５】
0003916761.tif 000007
【図６】
0003916761.tif 000008
【図７】
0003916761.tif 000009
【図８】
0003916761.tif 000010
【図９】
0003916761.tif 000011