光梳产生装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于根据测定光的干涉信号与基准光的干涉信号的时间差来测定距离的光梳测距仪等的光梳产生装置。本技术基于在日本于2021年1月26日申请的日本专利申请号特愿2021-010486而主张优先权，将该申请以参照的形式引入本技术中。


背景技术：

2.以往，作为能够进行精密的点的距离测量的有源式距离测量方法，已知利用激光的基于光学原理的距离测量。在使用激光来测定到对象物体的距离的激光测距仪中，基于激光的发射时刻与由受光元件检测出照射至测定对象后被反射回来的激光的时刻之差，来计算到测定对象物的距离(例如参照专利文献1)。另外，例如，对半导体激光器的驱动电流施加三角波等的调制，使用嵌入于半导体激光器元件中的光电二极管接收由对象物反射的反射光，根据光电二极管输出电流中出现的锯齿状波的主波数来得到距离信息。
3.作为高精度地测定从某个点到测定点的绝对距离的装置，已知激光测距仪。例如，在专利文献1中记载了根据测定光的干涉信号与基准光的干涉信号的时间差来测定距离的测距仪。
4.在以往的绝对测距仪中，难以实现高精度地测量长的距离的实用的绝对测距仪，并且，为了得到高分辨率，只有如激光位移计那样需要返回原点的方法，但该方法不适合于绝对距离测定。
5.本案发明人等以前提出了一种光梳测距仪(例如参照专利文献2。)，该光梳测距仪具备脉冲式地射出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的具有干涉性的基准光和测定光的2个光梳产生器，通过基准光检测器来检测向基准面照射的基准光脉冲与向测定面照射的测定光脉冲的干涉光，并且通过测定光检测器来检测由上述基准面反射后的基准光脉冲与由上述测定面反射后的测定光脉冲的干涉光，根据通过上述基准光检测器和测定光检测器得到的2个干涉信号的时间差，求出到上述基准面的距离与到上述测定面的距离之差，由此能够高精度地且在短时间内进行测量。
6.另外，以前还提出了如下一种光梳测距仪(例如参照专利文献3)：通过基准光路来规定到测定面的距离的基准点位置，从而能够高精度地且在短时间内进行长距离测定。
7.在光梳测距仪中，从原理上说，使用从利用频率不同的2种调制信号来驱动的2个光梳产生器脉冲式地射出的具有干涉性的基准光脉冲和测定光脉冲，由此在信号处理部中针对由基准光检测器得到的干涉信号(下面称为参照信号。)和由测定光检测器得到的干涉信号(下面称为测定信号。)进行频率分析，将从光梳的中心频率开始数起的模式编号设为n，计算参照信号与测定信号的n次模式之间的相位差来抵消从光梳产生器到基准点的光梳生成、传输过程的光相位差，之后，计算频率轴上每一次的相位差的增量来求出测定信号脉冲与参照信号脉冲的相位差，由此计算从基准点到测定面的距离。
8.在此，使用从利用微波频带的调制频率fm(例如25ghz)、频率差δf(例如500khz)的一对调制信号来驱动的2个光梳产生器输出的基准光脉冲和测定光脉冲测定的距离是将
从基准点到测定面的整体距离(称为绝对距离)减去调制频率fm的半波长的整数倍的距离后的剩余部分。干涉信号具有δf的周期性，能够求出最接近的参照信号与测定信号的相位差。在测定超过半波长的距离的情况下，2π乘以整数而得到的相位作为与从基准时刻到进行比较的参照信号的时间差相当的相位而固有地存在。通过一组频率设定无法判别该整数值。通过略微改变fm地多次执行距离测定，能够倒算出作为与多个测定条件匹配的值的该整数。
9.即，在需要切换频率的绝对距离测定中，测量所需要的时间包括频率的切换时间、测量时间以及绝对距离计算时间。
10.例如能够通过使用能够通过pll(phase-locked loop：锁相环)设定频率的调制信号产生器，来切换用于驱动2个光梳产生器的调制信号的频率。
11.期望的是，用于驱动光梳产生器的信号的相位噪声尽可能少。在将相位噪声少的vco与外部参照信号进行同步时进行以下处理：不无谓地扩大控制的频率范围，而是为了驱动信号的净化，将控制频带限制为：对于与参照信号的相位噪声相比vco的相位噪声较低那样的频率范围，使得vco的特性原样呈现。
12.只要考虑为到pll的频率稳定为止的时间(建立时间)大致与控制频带的倒数成比例即可，当为了净化而使控制频带变窄时，建立时间变长，当为了缩短建立时间而使控制频带扩大时，产生高频带的相位噪声的增加、与比较频率关联的杂散信号的混入水平的增加。
13.在与pll有关的参考文献(非专利文献1)中，作为设计例介绍了以下内容：在将低通滤波器的带宽设为约207khz的情况下，在约51微秒内将频率锁定在1khz的误差范围内。在将分频电路设定为以500khz为频率设定的单位的情况下，为了避免杂散的混入而不得不进一步降低低通滤波器的带宽，预计建立时间需要51微秒的几倍的时间。
14.因此，在光梳测距仪中的2个光梳产生器中，设为将通过pll电路而相位与基准的频率信号的相位同步且频率固定的状态的多个调制信号通过开关电路切换地作为驱动信号来供给。
15.现有技术文献
16.专利文献
17.专利文献1：日本特开2001-343234号公报
18.专利文献2：日本专利第5231883号公报
19.专利文献3：日本特开2020-12641号公报
20.非专利文献
21.非专利文献1：analog dialogue(模拟对话)、ad33-03
フェーズ
·
ロック
·
ループ
(pll)
の
基礎(锁相环(pll)的基础)著者ian collins


技术实现要素：

22.发明要解决的问题
23.如上所述，在以往的光梳测距仪的2个光梳产生器中，设为将通过pll电路而相位与基准的频率信号的相位同步且频率固定的状态的多个调制信号通过开关电路切换地作为驱动信号来供给，但是存在由于通过开关电路切换驱动信号的瞬间的调制信号产生器的负荷变动而动作变得不稳定的问题。
24.因此，在通过如图7所示那样的结构的第一实验电路100进行了对瞬态响应进行分析的实验时，得到了如图8所示那样的分析结果。
25.图7所示的第一实验电路100具备输出差频为500khz的独立的2个频率信号(fm1：1000mhz、fm2：1000.5mhz)的合成器电路101、4输入2输出的开关电路102、以及双平衡调制器(dbm：double balanced mixer(双平衡混频器))103，从上述合成器电路101的fm2端子向上述dbm 103的rf输入端子输入1000.5mhz的频率信号，在进行了上述4输入2输出的开关电路102的开关设定的瞬间，经由上述4输入2输出的开关电路102以纳秒程度的延迟时间从上述合成器电路101的fm1端子向上述dbm 103的lo输入端子输入了1000mhz的频率信号。
26.在该第一实验电路100中，在上述4输入2输出的开关电路102导通的期间，在上述dbm 103的if输出端子，输出了被输入到lo输入端子的1000mhz的频率信号与被输入到rf输入端子的1000.5mhz的频率信号的差频即500khz的波形信号。
27.图8的(a)是针对在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz的波形信号的时间波形以200msample/s(以5ns为周期)获取电压值进行绘制而得到的波形图，示出了在5000点附近开关电路101变为接通(on)而从if输出端子输出了500khz的波形信号的情形。
28.图8的(b)是示出在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz成分的相位的特性图，示出了每280μs发生30rad的相位变动、即产生了约17khz的频率偏差的情形。
29.图8的(c)是示出通过fft分析求出的在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz的波形信号的功率比的特性图，图8的(d)是其纵轴的放大图。
30.关于功率比，乍看起来在切换之后立即就稳定了，但是如图8的(d)所示，示出了在250区间仍残留振动，500khz频率没有稳定。
31.另外，在通过如图9所示那样的结构的第二实验电路110进行了对瞬态响应进行分析的实验时，得到了如图10所示那样的分析结果。
32.在图9所示的第二实验电路110中，构成为在上述第一实验电路100中的合成器电路101与4输入2输出的开关电路102之间插入隔离器电路105来进行隔离，其它结构与上述第一实验电路100相同。隔离器电路105由反向隔离为30db以上的rf放大器和反向隔离为15db的衰减器构成。
33.在该第二实验电路110中，在进行了上述4输入2输出的开关电路102的开关设定的瞬间，经由上述4输入2输出的开关电路102以纳秒程度的延迟时间从上述合成器电路101的fm1端子经由上述隔离器电路105向上述dbm 103的lo输入端子输入了1000mhz的频率信号。
34.在上述4输入2输出的开关电路102导通的期间，在上述dbm 103的if输出端子，输出了经由隔离器电路105被输入到lo输入端子的1000mhz的频率信号与被输入到rf输入端子的1000.5mhz的频率信号的差频即500khz的波形信号。
35.图10的(a)是针对在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz的波形信号的时间波形以200msample/s(以5ns为周期)获取电压值进行绘制而得到的波形图，示出了在5000点附近开关电路102变为接通(on)而从if输出端子输出了500khz的波形信号的情形。
36.图10的(b)是示出在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz成分的相位的特性图，示出了每200μs发生0.1rad的相位变动、即产生了约80hz的频率偏差的情形。
37.图10的(c)是示出通过fft分析求出的在上述dbm 103的if输出端子上得到的500khz的波形信号的功率比的特性图，图10的(d)是其放大图。功率比在切换之后立即就稳
定了，如图10的(d)所示，没有振动，频率稳定。
38.鉴于如上所述的实际情况，本发明的目的在于提供一种能够避免与驱动频率的切换相伴随的不稳定动作状态来瞬时地切换驱动频率的光梳产生装置。
39.另外，本发明的目的在于提供一种用于根据测定光的干涉信号与基准光的干涉信号的时间差来测定距离的光梳测距仪等中的最佳的光梳产生装置。
40.本发明的其它目的、通过本发明得到的具体的优点将根据下面说明的实施方式的说明而变得更加明确。
41.用于解决问题的方案
42.在本发明中，在信号源与开关电路之间插入隔离器，从信号源经由隔离器向开关电路输入调制信号，由此防止由于开关电路以后的电路的切断、释放等所引起的负荷变动而使信号源的动作变得不稳定，从而不存在由于通过开关电路切换了向光梳产生器供给的驱动信号的瞬间的负荷变动而使动作变得不稳定的问题地，迅速地切换光梳产生器的驱动信号来使驱动状态转变。
43.即，本发明是一种光梳产生装置，其特征在于，具备：n个信号源，所述n个信号源输出频率互不相同的n种调制信号，其中，n为2以上的整数；与所述n个信号源连接的至少2个隔离器；n输入m输出的开关电路，所述n种调制信号经由所述至少2个隔离器输入到所述开关电路，其中，m为正整数；以及m个光梳产生器，所述n种调制信号经由所述n个隔离器以及所述开关电路选择性地向所述m个光梳产生器输入，其中，所述m个光梳产生器利用所述n种调制信号中的至少两种调制信号来输出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的m种光梳。
44.本发明所涉及的光梳产生装置能够设为，具备m个所述光梳产生器，m为2以上，将经由与所述n个信号源连接的n个所述隔离器输入到所述开关电路的所述n种调制信号通过所述开关电路循环切换地向所述m个光梳产生器输入，从所述m个光梳产生器输出被进行了所述循环切换的n种调制周期互不相同的m种光梳。
45.另外，本发明所涉及的光梳产生装置能够设为，n＝4，m＝2，将4种调制信号经由所述开关电路循环切换地输入到2个光梳产生器，由此输出调制周期被循环切换且调制周期互不相同的2种光梳。
46.另外，本发明所涉及的光梳产生装置能够设为，n＝m＝2，从2个光梳产生器交替地输出调制周期互不相同的2种光梳。
47.另外，本发明所涉及的光梳产生装置能够设为，m＝1，将所述n种调制信号经由所述开关电路循环切换地输入，由此从1个光梳产生器输出调制周期被循环切换的光梳。
48.并且，在本发明所涉及的光梳产生装置中，能够设为，所述n个信号源分别产生通过pll电路而相位与基准的频率信号的相位同步且频率固定的状态的n种调制信号。
49.发明的效果
50.在本发明中，在信号源与开关电路之间插入隔离器，从信号源经由隔离器向开关电路输入调制信号，由此防止由于开关电路以后的电路的切断、释放等所引起的负荷变动而使信号源的动作变得不稳定，从而不存在由于通过开关电路切换了向光梳产生器供给的驱动信号的瞬间的负荷变动而使动作变得不稳定的问题地，迅速地切换光梳产生器的驱动信号来使驱动状态转变。
51.即，在本发明中，能够提供一种能够避免与驱动频率的切换相伴随的不稳定动作状态来瞬时地切换驱动频率的光梳产生装置。
52.另外，在本发明中，能够提供一种用于根据测定光的干涉信号与基准光的干涉信号的时间差来测定距离的光梳测距仪等中的最佳的光梳产生装置。
附图说明
53.图1是示出应用了本发明的光梳产生装置的结构例的框图。
54.图2是示出应用了本发明的光梳产生装置的其它结构例的框图。
55.图3是示出在上述其它结构例的光梳产生装置中向2个光梳产生器供给的驱动信号的状态转变的状态转变图。
56.图4是示出上述其它结构例的光梳产生装置中的开关电路的具体的结构例的框图。
57.图5是示出应用了本发明的光梳产生装置的其它结构例的框图。
58.图6是示出应用了本发明的光梳产生装置的又一其它结构例的框图。
59.图7是示出在用于对通过开关电路切换通过pll电路而同步了相位的驱动信号的情况下的瞬态响应进行分析的实验中使用的第一实验电路的结构的框图。
60.图8的(a)、图8的(b)、图8的(c)、图8的(d)是示出通过上述第一实验电路得到的实验结果的图，图8的(a)是示出在dbm的if输出端子上得到的500khz的波形信号的波形图，图8的(b)是示出上述500khz成分的相位的特性图，图8的(c)是示出通过fft分析求出的上述500khz的波形信号的功率比的特性图，图8的(d)是其放大图。
61.图9是示出在对通过开关电路切换通过pll电路而同步了相位的驱动信号的情况下的瞬态响应进行分析的实验中使用的第二实验电路的结构的框图。
62.图10的(a)、图10的(b)、图10的(c)、图10的(d)是示出通过上述第二实验电路得到的实验结果的图，图10的(a)是示出在dbm的if输出端子上得到的500khz的波形信号的波形图，图10的(b)是示出上述500khz成分的相位的特性图，图10的(c)是示出通过fft分析求出的上述500khz的波形信号的功率比的特性图，图10的(d)是其放大图。
具体实施方式
63.下面，参照附图来对本发明的实施方式进行详细说明。此外，针对共同的构成要素，在图中标注共同的指示标记来进行说明。另外，本发明不限定于下面的例子，在不脱离本发明的主旨的范围内能够任意地进行变更，这是不言而喻的。
64.本发明被应用于光梳产生装置10，该光梳产生装置10例如图1的框图所示那样具备射出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的具有干涉性的测定光和基准光的2个光梳产生器14a、14b。
65.该光梳产生装置10在例如专利文献2、3等所记载的根据测定光的干涉信号与基准光的干涉信号的时间差来测定距离的光梳测距仪、三维形状测定机中被用作射出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的具有干涉性的测定光和基准光的光源。
66.该光梳产生装置10具备输出差频为500khz的独立的2个频率信号(fm1：1000mhz、fm2：1000.5mhz)的合成器电路11、与上述合成器电路11的fm1端子连接的第一隔离器12a、
与上述合成器电路11的fm2端子连接的第二隔离器12b、2输入2输出的开关电路13、第一光梳产生器14a以及第二光梳产生器14b，上述合成器电路11的fm1端子、fm2端子经由上述第一隔离器12a、第二隔离器12b而与上述开关电路13的2个输入端子连接，在该开关电路13的2个输出端子连接有上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b。
67.上述合成器电路11具备：基准频率信号产生器11r，其产生10mhz的基准频率信号f
ref
；以及产生相位分别与由该基准频率信号产生器11r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定的频率互不相同的第一调制信号fm1、第二调制信号fm2的第一调制信号产生器11a、第二调制信号产生器11b。
68.上述第一调制信号产生器11a产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器11r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第一频率1000mhz的第一调制信号fm1。
69.另外，上述第二调制信号产生器11b产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器11r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第二频率1000.5mhz的第二调制信号fm2。
70.由上述第一调制信号产生器11a得到的第一调制信号fm1经由与上述合成器电路11的fm1端子连接的第一隔离器12a输入到上述开关电路13的一个输入端子，并选择性地供给至与该开关电路13的2个输出端子连接的上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b。
71.另外，由上述第二调制信号产生器11b得到的第二调制信号fm2经由与上述合成器电路11的fm2端子连接的第二隔离器12b输入到上述开关电路13的另一个输入端子，并选择性地供给至与该开关电路13的2个输出端子连接的上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b。
72.上述开关电路13作为2输入2输出的选择开关发挥功能，将输入到2个输入端子的第一调制信号fm1、第二调制信号fm2切换地从2个输出端子交替输出，来切换作为驱动信号向与上述2个输出端子连接的上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b供给的第一调制信号fm1、第二调制信号fm2。
73.在该光梳产生装置10中，将上述第一调制信号fm1、第二调制信号fm2通过上述开关电路13切换地作为驱动信号来向上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b供给，由此能够从上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b交替地输出调制周期互不相同的2种光梳。
74.而且，在该光梳产生装置10中，经由在上述合成器电路11与上述开关电路13之间插入的第一隔离器12a、第二隔离器12b将第一调制信号fm1、第二调制信号fm2输入到上述开关电路13，因此与上述的通过第二实验电路110得到的实验结果同样地，能够不存在由于通过上述开关电路13对上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b切换了驱动信号的瞬间的负荷变动而使上述第一调制信号产生器11a、第二调制信号产生器11b的动作变得不稳定的问题地，迅速地切换上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b的驱动信号来使驱动状态转变。
75.此外，在专利文献2、3等所记载的光梳测距仪、三维形状测定机中进行需要切换频率的绝对距离测定的情况下，包括频率的切换时间和绝对距离计算时间的时间成为测定时间，但是该光梳产生装置10通过如上述那样在上述合成器电路11与上述开关电路13之间插
入第一隔离器12a、第二隔离器12b，能够迅速地切换第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b的驱动信号来使驱动状态转变，因此通过将该光梳产生装置10用作切换参照信号和测定信号的调制频率来进行绝对距离测量的2个光梳光源，能够缩短绝对距离的测定时间。
76.在此，上述光梳产生装置10从2个光梳产生器14a、14b交替地输出调制周期互不相同的2种光梳，但是本发明不仅仅限定于上述交替地输出2种光梳的光梳产生装置10，只要是如下的结构即可，该结构具备：n个信号源，上述n个信号源输出频率互不相同的n种调制信号，其中，n为2以上的整数；与上述n个信号源连接的至少2个隔离器；x(2以上的整数)输入y(正整数)输出的开关电路，上述n种调制信号经由上述至少2个隔离器输入到该开关电路；以及m个光梳产生器，上述n种调制信号经由上述n个隔离器以及上述开关电路选择性地向上述m个光梳产生器输入，其中，m为正整数，上述m个光梳产生器利用上述n种调制信号中的至少两种调制信号来输出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的m种光梳，并且，也可以是n≠x≠y≠m。开关电路的不使用的输出端子事先连接终端电阻。
77.本发明能够应用于如下的各种结构的光梳产生装置：如图2所示的光梳产生装置20那样设为n＝4、x＝4、y＝2、m＝2且将调制周期互不相同的4种光梳循环地向2个光梳产生器24a、24b输出的结构；如图5所示的光梳产生装置30那样从m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m输出被进行了循环切换的n种调制周期互不相同的m种光梳的结构；如图6所示的光梳产生装置40那样设为n＝x＝y、m＝1且从1个光梳产生器44输出被进行了循环切换的n种调制周期互不相同的光梳的结构等。
78.图2所示的光梳产生装置20是在设为n＝4、m＝2、并且通过将从合成器电路21输出的4种调制信号经由开关电路23循环切换地向2个光梳产生器24a、24b输入来输出调制周期被循环切换且调制周期互不相同的2种光梳的光梳产生装置中应用本发明而得到的，光梳产生装置20具备：合成器电路21，其输出差频为500khz的独立的4个频率信号(fm1：1000mhz、fm2：1010mhz、fm3：1000.5mhz、fm4：1010.5mhz)；与上述合成器电路21的fm1端子连接的第一隔离器22a；与上述合成器电路21的fm2端子连接的第二隔离器22b；与上述合成器电路21的fm3端子连接的第三隔离器22c；与上述合成器电路21的fm4端子连接的第四隔离器22d；4输入2输出的开关电路23；第一光梳产生器24a；以及第二光梳产生器24b，其中，上述合成器电路21的fm1端子、fm2端子、fm3端子、fm4端子经由上述第一隔离器22a、第二隔离器22b、第三隔离器22c、第四隔离器22d而与上述开关电路23的4个输入端子连接，在该开关电路23的2个输出端子连接有上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b。
79.上述合成器电路21具备：基准频率信号产生器21r，其产生10mhz的基准频率信号f
ref
；以及产生相位分别与由该基准频率信号产生器21r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定的频率互不相同的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4的4个调制信号产生器21a、21b、21c、21d。
80.第一调制信号产生器21a产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器21r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第一频率1000mhz的第一调制信号fm1。
81.另外，第二调制信号产生器21b产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器21r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第二频率1010mhz的第二调制信号fm2。
82.另外，第三调制信号产生器21c产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器21r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第三频率1000.5mhz的第三调制信号fm3。
83.并且，第四调制信号产生器21d产生通过pll电路而相位与由上述基准频率信号产生器21r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定为第四频率1010.5mhz的第四调制信号fm4。
84.而且，上述开关电路23作为4输入2输出的选择开关发挥功能，将从上述合成器电路21经由上述第一隔离器22a、第二隔离器12b、第三隔离器22c、第四隔离器22d输入到4个隔离器输入端子的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4循环切换地从2个输出端子交替输出，来循环地切换作为驱动信号向与上述2个输出端子连接的上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b供给的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4。
85.如图3中示出在该光梳产生装置20中的上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b中驱动信号的转变状态那样，上述开关电路23循环地切换作为驱动信号向上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b供给的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4。
86.在此，作为用于在专利文献2、3等所记载的光梳测距仪、三维形状测定机中进行需要切换频率的绝对距离测定的基准光脉冲和测定光脉冲，该光梳产生装置20产生2种光梳，如表1所示，将上述4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4通过上述开关电路23循环切换地作为驱动信号供给至上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b，由此从上述第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b输出调制周期被循环切换且调制周期互不相同的2种光梳。
87.[表1]
[0088][0089]
表1示出了#1～#4的设定中的第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b的驱动信号的转变状态ofcg1/ofcg2、以及其相位差即对取决于ofcg1侧与ofcg2侧的驱动频率的大小关系而反转的符号进行校正而得到的相位，驱动信号的频率例如为δf＝500khz、δfm＝10mhz、fm＝fm1(1000mhz)、fm+δfm＝fm2(1010mhz)、fm+δf＝fm3(1000.5mhz)、fm+δfm+δf＝fm4(1010.5mhz)。此外，在安装于光梳测距仪的第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b中的驱动信号的频率设定#1～#4中，将1ghz频带的合成器电路21与上变频器组合使用，由此设为δf＝500khz、δfm＝10mhz、fm＝fm1(25000mhz)、fm+δfm＝fm2(25010mhz)、fm+δf＝fm3(25000.5mhzmhz)、fm+δfm+δf＝fm4(25010.5mhz)。
[0090]
在此，在光梳测距仪中，从原理上说，使用从利用频率不同的2种调制信号来驱动的2个光梳产生器脉冲式地射出的具有干涉性的基准光脉冲和测定光脉冲，由此在信号处理部中针对由基准光检测器得到的干涉信号(下面称为参照信号。)和由测定光检测器得到的干涉信号(下面称为测定信号。)进行频率分析，将从光梳的中心频率开始数起的模式编号设为n，计算参照信号与测定信号的n次模式之间的相位差来抵消从光梳产生器到基准点
的光梳生成、传输过程的光相位差，之后，计算频率轴上每一次的相位差的增量来求出信号脉冲的相位差，由此计算从基准点到测定面的距离。
[0091]
此外，当测定距离超过调制频率fm的半波长时，由于物光的周期性，该半波长的整数倍的距离变得不明确，无法唯一地求出距离，因此使用设定为表1所示的4种调制频率的基准光脉冲和测定光脉冲来进行4次测定，在信号处理部中使用通过进行相同的处理所得到的各相位差来计算超过与半波长相当的多义性距离(la＝c/2fm，c：光速)的距离。
[0092]
即，关于设定为表1所示的4种调制频率来进行测定而得到的参照信号与测定信号的相位差，在用于驱动2个光梳产生器(ofcg1、ofcg2)的调制信号的调制频率为fm和fm+δf的#1的设定下上述相位差为-2πfmt，在调制信号的调制频率为fm+δfm和fm+δfm+δf的#2的设定下上述相位差为-2π(fm+δfm)t，在调制信号的调制频率为fm+fm和fm的#3的设定下上述相位差为-2π(fm+δf)t，在调制信号的调制频率为fm+δfm+δf和fm+δfm的#4的设定下上述相位差为-2π(fm+δfm+δf)t。
[0093]
在#1的设定下测量的距离比与调制频率fm的半波长相当的距离(la＝c/2fm，c：光速)长的情况下，参照信号与测定信号的相位差(-2πfmt)在将m设为整数时为φ+2mπ的形式，通过计算仅能求出φ的部分，整数值m是未知的。
[0094]
另一方面，#1的设定下的参照信号与测定信号的相位差-2πfmt与#2的设定下的参照信号与测定信号的相位差-2π(fm+δfm)t之差为2πδfmt，另外，#3的设定下的参照信号与测定信号的相位差-2π(fm+δf)t与#4的设定下的参照信号与测定信号的相位差-2π(fm+δfm+δf)t之差为2πδfmt，如果是与1/δfm的波长相当的距离(若δfm＝10mhz则la为15m)以内，则相位唯一地确定。
[0095]
而且，通过将该相位乘以fm/δfm并与#1的相位差进行比较，能够判定整数m。
[0096]
并且，根据表1的#1的设定下的相位差-2πfmt与#3的设定下的相位差-2π(fm+δf)t之差，能够得到2πδf。
[0097]
在此，在设为fm＝25ghz、δf＝500khz、δfm＝10mhz的情况下，由于δf＝500khz，因此能够进行la＝300m以内的距离测量。
[0098]
在搭载有该光梳产生装置20的光梳测距仪中，使用设定为表1所示的4种调制频率来进行测定而得到的参照信号和测定信号来进行绝对距离测量。即，将1个状态保持了固定时间之后转变为其它状态，在固定的区间进行该状态的信号相位测量，使用#1、#2、#3、#4的设定状态的相位来执行绝对距离的计算处理。
[0099]
关于光梳测距仪中的测量速度，在6mm以内的相对距离测定中与δf相等为500khz，与此相对，在需要切换频率的绝对距离测定中，包括了频率的切换时间和绝对距离计算时间。
[0100]
在上述光梳产生装置20中，通过在上述合成器电路21与上述开关电路23之间插入第一、第二隔离器22a、22b、22c、22d，能够将上述4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4通过上述开关电路23循环切换来迅速地使第一光梳产生器24a、第二光梳产生器24b的驱动状态转变，从而通过用作切换参照信号和测定信号的调制频率来进行绝对距离测量的2个光梳光源，能够缩短绝对距离的测定时间。
[0101]
此外，如果只是距离测量，则仅以#1和#2的设定、或者仅以#3和#4的设定也能够进行，但是通过如上所述的#1、#2、#3、#4的设定、即通过上述开关电路23循环地切换上述4种
调制信号fm1、fm2、fm3、fm4，能够校正除测定对象以外的信号返回路径所造成的相位偏移，从而高精度地得到绝对距离结果。即，在更换了2个光梳产生器(ofcg1、ofcg2)的调制频率时，因测定对象距离而产生的相位的绝对值不变但符号反转。另一方面，因干涉信号传输路径的线缆长度而产生的偏移的符号不变而为固定值。因而，当将2次的相位测定的结果相减并除以2时，能够求出排除了偏移的相位值。
[0102]
在此，图4是示出上述光梳产生装置20所具备的4输入2输出的开关电路23的具体的结构例的框图。
[0103]
即，关于开关电路23，如图4的框图所示，经由与上述合成器电路21的fm1端子、fm2端子、fm3端子、fm4端子连接的隔离器22a、22b、22c、22d而被输入由上述合成器电路21的调制信号产生器21a、21b、21c、21d产生的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4的初级的分别为1输入2输出的4个开关电路23
1a
、23
1b
、23
1c
、23
1d
、经由上述初级的开关电路23
1a
、23
1b
、23
1c
、23
1d
而被输入上述4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4的设置于下一级的分别为2输入1输出的2个开关电路23
2a
、23
2b
、与上述2个开关电路23
2a
、23
2b
的各输出端子连接的更下一级的1输入2输出的2个开关电路23
3a
、23
3b
、与上述2个开关电路23
3a
、23
3b
连接的最末级的分别为2输入1输出的2个开关电路23
4a
、23
4b
通过控制逻辑23c来与10mhz的基准信号f
ref
同步地被进行切换控制，由此如图3中示出在上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b中驱动信号的转变状态那样，循环地切换作为驱动信号向上述第一光梳产生器14a、第二光梳产生器14b供给的上述4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4。
[0104]
在该开关电路23中，初级的4个开关电路23
1a
、23
1b
、23
1c
、23
1d
各自的2个输出端子中的一方与下一级的2个开关电路23
2a
、23
2b
的输入端子连接，而另一个输出端子通过终端电阻而被终止。
[0105]
此外，在图4的框图所示的开关电路23的具体例中，经由分别由将可变衰减器与带通滤波器组合而成的隔离器电路构成的第一至第四隔离器22a、22b、22c、22d向初级的4个开关电路23
1a
、23
1b
、23
1c
、23
1d
输入上述4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4，并从末级的2个开关电路23
4a
、23
4b
的输出端子经由分别由将隔离放大器与带通滤波器组合而成的隔离器电路构成的第一、第二隔离器23a、23b输出上述被循环切换的4种调制信号fm1、fm2、fm3、fm4。
[0106]
另外，图5所示的光梳产生装置30使得从m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m输出被进行了循环切换的n种调制周期互不相同的m种光梳，具备输出差频为δf的独立的n种频率信号fm1、fm2、
···
、fmn的合成器电路31、与上述合成器电路31的n个输出端子连接的n个隔离器32a、32b、
···
、32n、n输入m输出的开关电路33以及m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m，上述合成器电路31的n个输出端子经由上述n个隔离器32a、32b、
···
、32n而与上述开关电路33的n个输入端子连接，在该开关电路33的m个输出端子连接有上述m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m。
[0107]
上述合成器电路31具备产生10mhz的基准频率信号f
ref
的基准频率信号产生器31r、以及产生相位分别与由该基准频率信号产生器31r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定的频率互不相同的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn的n个调制信号产生器31a、31b、
···
、31n。
[0108]
而且，上述开关电路33作为n输入m输出的选择开关发挥功能，将从上述合成器电路31经由上述n个隔离器32a、32b、
···
、32n输入到n个输入端子的n种调制信号fm1、
fm2、
···
、fmn循环切换地从m个输出端子循环输出，从而循环地切换作为驱动信号供给至与上述m个输出端子连接的上述m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn。
[0109]
在该光梳产生装置30中，能够提供向光梳测距仪中的光梳干涉系统供给的一对以上的光梳的组合，由于在上述合成器电路31与开关电路33之间插入了n个隔离器32a、32b、
···
、32n，因此构成上述合成器电路31的n个调制信号产生器31a、31b、
···
、31n的频率能够不受开关电路33以后的电路的开路、短路所引起的负荷变动影响而维持稳定的状态，从而能够通过上述开关电路33循环地切换向上述m个光梳产生器34a、34b、
···
、34m供给的驱动信号并在切换后立即进行相位测量。
[0110]
此外，在该光梳产生装置30中，n、m为2以上，但不限定于n＝m。一般为n≥m，在n＜m的情况下，同时使用功率分配器进行信号供给、或者存在不被供给信号的光梳产生器。
[0111]
并且，图6所示的光梳产生装置40设为m＝1，从1个光梳产生器44输出n种调制周期被循环切换的光梳，具备输出独立的n种频率信号fm1、fm2、
···
、fmn的合成器电路41、与上述合成器电路41的n个输出端子连接的n个隔离器42a、42b、
···
、42n、n输入1输出的开关电路43以及1个光梳产生器44，上述合成器电路41的n个输出端子经由上述n个隔离器42a、42b、
···
、42n而与上述开关电路43的n个输入端子连接，在该开关电路43的输出端子连接有上述光梳产生器44。
[0112]
上述合成器电路41具备产生基准频率信号f
ref
的基准频率信号产生器41r、以及产生相位分别与由该基准频率信号产生器41r产生的基准频率信号f
ref
的相位同步且频率固定的频率互不相同的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn的n个调制信号产生器41a、41b、
···
、41n。
[0113]
而且，上述开关电路43作为n输入1输出的选择开关发挥功能，将从上述合成器电路41经由上述n个隔离器42a、42b、
···
、42n输入到n个输入端子的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn循环切换地从输出端子循环输出，从而循环地切换作为驱动信号供给至与上述输出端子连接的光梳产生器44的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn。
[0114]
在该光梳产生装置40中，由于在上述合成器电路41与开关电路43之间插入了n个隔离器42a、42b、
···
、42n，因此构成上述合成器电路41的n个调制信号产生器41a、41b、
···
、41n的频率能够不受开关电路43以后的电路的开路、短路所引起的负荷变动影响而维持稳定的状态，从而能够通过上述开关电路43迅速地将n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn循环切换地作为驱动信号供给至光梳产生器44。
[0115]
该光梳产生装置40被用作从将通过上述开关电路43循环切换的n种调制信号fm1、fm2、
···
、fmn作为驱动信号来进行动作的光梳产生器44射出光梳的单独的光梳光源。
[0116]
此外，在上述光梳产生装置10、20、30、40中，能够将反向隔离大的微波放大器、pi型电阻衰减器、t型电阻衰减器、使用了铁氧体的微波隔离器等隔离元件、将可变衰减器与带通滤波器组合而成的隔离器电路、将隔离放大器与电阻衰减器、带通滤波器组合而成的隔离器电路等用于插入在合成器电路11、21、31、41与开关电路13、23、33、43之间的隔离器12a、12b、22a～22d、32a～32n、42a～42n。另外，隔离器可以作为另外的壳体而与合成器电路、开关电路相独立地存在，还可以作为各个电路的一部分而设置于合成器电路的输出部、开关电路的输入部。
[0117]
附图标记说明
[0118]
10、20、30、40：光梳产生装置；11、21、31、41：合成器电路；13、23、23
1a
、23
1b
、23
1c
、23
1d
、23
2a
、23
2b
、23
3a
、23
3b
、23
4a
、23
4b
、33、43：开关电路；12a、12b、22a～22d、32a～32n、42a～42n：隔离器；14a、14b、24a、24b、34a～34m、44：光梳产生器；23c：控制逻辑。

技术特征：
1.一种光梳产生装置，其特征在于，具备：n个信号源，所述n个信号源输出频率互不相同的n种调制信号，其中，n为2以上的整数；与所述n个信号源连接的至少2个隔离器；x输入y输出的开关电路，所述n种调制信号经由所述至少2个隔离器输入到所述开关电路，其中，x为2以上的整数，y为正整数；以及m个光梳产生器，所述n种调制信号经由所述至少2个隔离器以及所述开关电路选择性地向所述m个光梳产生器输入，其中，m为正整数，其中，所述m个光梳产生器利用所述n种调制信号中的至少两种调制信号来输出分别被周期性地调制强度或相位且调制周期互不相同的m种光梳。2.根据权利要求1所述的光梳产生装置，其特征在于，具备m个所述光梳产生器，m为2以上，将经由与所述n个信号源连接的n个所述隔离器输入到所述开关电路的所述n种调制信号通过所述开关电路循环切换地向所述m个光梳产生器输入，从所述m个光梳产生器输出被进行了所述循环切换的n种调制周期互不相同的m种光梳。3.根据权利要求2所述的光梳产生装置，其特征在于，n＝4，m＝2，通过将4种调制信号经由所述开关电路循环切换地输入到2个光梳产生器，来输出调制周期被循环切换且调制周期互不相同的2种光梳。4.根据权利要求1所述的光梳产生装置，其特征在于，n＝m＝2，从2个光梳产生器交替地输出调制周期互不相同的2种光梳。5.根据权利要求1所述的光梳产生装置，其特征在于，m＝1，通过将经由与所述n个信号源连接的n个所述隔离器输入到所述开关电路的所述n种调制信号经由所述开关电路循环切换地输入，来从1个光梳产生器输出调制周期被循环切换的光梳。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光梳产生装置，其特征在于，所述n个信号源分别产生通过锁相环电路而相位与基准的频率信号的相位同步且频率固定的状态的n种调制信号。

技术总结
在合成器电路(11)与开关电路(13)之间插入隔离器元件(12A、12B)，从合成器电路(11)经由隔离器元件(12A、12B)向开关电路(13)输入调制信号，由此防止由于开关电路(13)以后的电路的切断、释放等所引起的负荷变动而使合成器电路(11)的动作变得不稳定，从而不存在由于通过开关电路(13)切换了向光梳产生器(14A、14B)供给的驱动信号的瞬间的负荷变动而使合成器电路(11)的动作变得不稳定的问题地，迅速地切换光梳产生器(14A、14B)的驱动信号来使驱动状态转变。转变。转变。


技术研发人员：今井一宏 兴梠元伸
受保护的技术使用者：株式会社XTIA
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2023/9/23