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JP7627487B2 - LIDAR DEVICE AND LIDAR CONTROL METHOD - Google Patents
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JP7627487B2 - LIDAR DEVICE AND LIDAR CONTROL METHOD - Google Patents

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Description

本発明は、ライダー装置及びライダー制御方法に関し、特に、光周波数コムを利用したライダー装置及びライダー制御方法に関する。 The present invention relates to a lidar device and a lidar control method, and in particular to a lidar device and a lidar control method that utilizes an optical frequency comb.

「光検出と測距(Light Detection and Ranging、LiDAR)」は、レーザを対象体に照射して散乱光を検出し、対象体までの距離を計測する技術である。その手法の1つである周波数変調CWライダー(frequency-modulated cw LiDAR、FMCW LiDAR)は、周波数変調されたCWレーザを対象体に照射し、参照光と散乱光の干渉によって生じるビート信号の周波数を測定することによって対象体までの距離及び速度を検出する方法である。 "Light Detection and Ranging (LiDAR)" is a technology that irradiates a target with a laser, detects the scattered light, and measures the distance to the target. One of the techniques, frequency-modulated CW LiDAR (FMCW LiDAR), is a method that detects the distance and speed to a target by irradiating the target with a frequency-modulated CW laser and measuring the frequency of the beat signal generated by the interference between the reference light and the scattered light.

図16及び図17を参照して、FMCWライダーにより対象体までの距離を検出する方法を説明する。図16に、従来のFMCWライダーによる距離測定装置160の構成の一例を示す。CWレーザ光源装置1601から照射されたCWレーザ1609は、光方向性結合器1602において参照光1610と参照光1616とに分離される。参照光1610は、サーキュレータ1603を介して角度掃引機構1604に入射し、角度掃引機構1604によって角度αの方向へ照射される。照射された参照光1612は角度αの方向に位置する対象体1605によって散乱し、散乱光1613が角度掃引機構1604に入射する。角度掃引機構1604に入射した散乱光1613は、そのまま散乱光1614としてサーキュレータに入力され、散乱光1615として出力される。散乱光1615は、光方向性結合器1606によって、参照光1616と合流し出力光1617として出力される。出力光1617の干渉信号は光検出器1607によって検出され、検出された干渉信号1618は計算装置1608に入力される。角度掃引機1604が参照光1612を角度αの方向へ照射する状態を保ったまま、CWレーザ光源装置1601によってCWレーザ1609の周波数を掃引することにより、距離測定装置160から対象体1605までの距離が算出される。 A method for detecting the distance to an object by FMCW LIDAR will be described with reference to Figures 16 and 17. Figure 16 shows an example of the configuration of a distance measuring device 160 using a conventional FMCW LIDAR. A CW laser 1609 irradiated from a CW laser light source device 1601 is separated into a reference light 1610 and a reference light 1616 by an optical directional coupler 1602. The reference light 1610 enters an angle sweep mechanism 1604 via a circulator 1603 and is irradiated in the direction of an angle α by the angle sweep mechanism 1604. The irradiated reference light 1612 is scattered by an object 1605 located in the direction of angle α, and the scattered light 1613 enters the angle sweep mechanism 1604. The scattered light 1613 incident on the angle sweep mechanism 1604 is input to the circulator as scattered light 1614 as it is and output as scattered light 1615. The scattered light 1615 is merged with the reference light 1616 by the optical directional coupler 1606 and output as the output light 1617. The interference signal of the output light 1617 is detected by the photodetector 1607, and the detected interference signal 1618 is input to the calculation device 1608. While the angle sweeper 1604 keeps irradiating the reference light 1612 in the direction of the angle α, the CW laser source device 1601 sweeps the frequency of the CW laser 1609, thereby calculating the distance from the distance measuring device 160 to the target object 1605.

CWレーザ1609の周波数掃引の一例として、図17(a)に示すように、CWレーザ1609の周波数を三角波形で時間変化させるとする。散乱光1615は、参照光1616に対して遅れて伝搬するため、出力光1617の周波数を掃引したときの周波数変化量は図17(b)のように表される。散乱光1615と参照光1616の干渉によりビート信号が生じ、光検出器1607によって図17(c)に示すような、ビート信号の周波数fbeatを検出することが出来る。ビート信号の周波数は次式 As an example of frequency sweep of the CW laser 1609, assume that the frequency of the CW laser 1609 is changed over time with a triangular waveform as shown in Fig. 17(a). Since the scattered light 1615 propagates with a delay relative to the reference light 1616, the amount of frequency change when the frequency of the output light 1617 is swept is expressed as shown in Fig. 17(b). A beat signal is generated by interference between the scattered light 1615 and the reference light 1616, and the frequency f beat of the beat signal can be detected by the photodetector 1607 as shown in Fig. 17(c). The frequency of the beat signal is expressed by the following equation:

Figure 0007627487000001
のように表されることから、対象体1605までの距離Lを算出することが出来る。ここで、cは光速、Tは図17に示す三角波形の半周期、Δは図17に示す周波数変化量の最大値である。
Figure 0007627487000001
17, it is possible to calculate the distance L to the object 1605. Here, c is the speed of light, T is the half period of the triangular waveform shown in FIG. 17, and Δ is the maximum value of the frequency change amount shown in FIG.

FMCWライダーによる距離測定において、距離分解能dLは、CWレーザ1409の周波数掃引範囲の逆数に比例し、 In distance measurement by FMCW lidar, the distance resolution dL is proportional to the inverse of the frequency sweep range of the CW laser 1409,

Figure 0007627487000002
のように表され、周波数変化量Δが大きい程距離分解能は向上する。一方、CWレーザ1609の線幅の逆数で測定距離範囲が決定する。通常CWレーザ光源装置1601の内部の共振器長が大きくなると、CWレーザ1609の線幅は向上するが、周波数変化量Δは小さくなる。このことから、測定距離範囲と周波数変化量Δとの間にはトレードオフの関係がある。
Figure 0007627487000002
The larger the frequency change amount Δ, the better the distance resolution. Meanwhile, the measurement distance range is determined by the inverse of the linewidth of the CW laser 1609. Normally, when the internal resonator length of the CW laser light source device 1601 increases, the linewidth of the CW laser 1609 improves, but the frequency change amount Δ decreases. For this reason, there is a trade-off between the measurement distance range and the frequency change amount Δ.

これに対して、周波数変調された光周波数コムを光源とする周波数変調コムライダー(frequency-modulated comb LiDAR、FMcomb LiDAR)と呼ばれる方法が非特許文献1に開示されている。非特許文献1に開示されている方法は、CWレーザを光源とする代わりに、光周波数コムを光源とすることで、実効的に大きな周波数掃引範囲を得、よって距離分解能を向上させる方法である。 In response to this, a method called frequency-modulated comb LiDAR (FMcomb LiDAR) that uses a frequency-modulated optical frequency comb as a light source is disclosed in Non-Patent Document 1. The method disclosed in Non-Patent Document 1 uses an optical frequency comb as a light source instead of a CW laser, thereby obtaining an effectively large frequency sweep range and thereby improving distance resolution.

図18に、非特許文献1に開示されている方法によるFMコムライダーによる距離測定装置180の構成の一例を示す。図18に示す距離測定装置180を図16に示す距離測定装置160と比較すると、CWレーザ光源装置1801に光周波数コム発生装置1802が接続されており、光周波数コム1803が生成される。光周波数コム1803は光周波数コム1804と光周波数コム1805に分かれ、光周波数コム1804が対象体1605に照射される。光周波数コム1805と、光周波数コム1804が対象体1605によって散乱された散乱光1806とが合流した出力波1807の干渉信号を、各コムモード毎に検出するため、出力波1807は波長分解素子1808に入力され各コムモード毎に分離され、分離された各コムモードの干渉信号は、第1~第n光検出器18091~1809nによって検出される。 Figure 18 shows an example of the configuration of a distance measurement device 180 using an FM comb lidar according to the method disclosed in Non-Patent Document 1. Comparing the distance measurement device 180 shown in Figure 18 with the distance measurement device 160 shown in Figure 16, an optical frequency comb generator 1802 is connected to a CW laser light source device 1801, and an optical frequency comb 1803 is generated. The optical frequency comb 1803 is divided into an optical frequency comb 1804 and an optical frequency comb 1805, and the optical frequency comb 1804 is irradiated onto the object 1605. In order to detect the interference signal of the output wave 1807, which is the combination of the optical frequency comb 1805 and the scattered light 1806 scattered by the object 1605 from the optical frequency comb 1804, for each comb mode, the output wave 1807 is input to a wavelength decomposition element 1808 and separated for each comb mode, and the separated interference signals of each comb mode are detected by the first to nth photodetectors 18091 to 1809n.

図19に、参照光(図18においては、光周波数コム1803)の周波数掃引の一例、及び周波数掃引された散乱光(図18においては、散乱光1805)を示す。図19において、光周波数コム1803は実線、散乱光1805は破線で示されている。図19には、CH1~CH5の、連続する5つのコムモードのみを示す。図19(a)に示すように、時間t=0から時間に比例して各コムモード周波数が増加するように、光周波数コム1603の各コムモードの周波数をコムモードの間隔分掃引する。時間t=Tcycleにおいて、各コムモードの周波数は、各コムモードより1つ次数の高いコムモードの、時間t=0におけるコムモード周波数に一致する。 FIG. 19 shows an example of frequency sweep of the reference light (optical frequency comb 1803 in FIG. 18) and the frequency swept scattered light (scattered light 1805 in FIG. 18). In FIG. 19, the optical frequency comb 1803 is shown by a solid line, and the scattered light 1805 is shown by a dashed line. FIG. 19 shows only five consecutive comb modes CH1 to CH5. As shown in FIG. 19(a), the frequency of each comb mode of the optical frequency comb 1603 is swept by the interval of the comb mode so that each comb mode frequency increases in proportion to time from time t=0. At time t=T cycle , the frequency of each comb mode coincides with the comb mode frequency at time t=0 of the comb mode that is one order higher than each comb mode.

図19(a)に示す各コムモードを、コヒーレントに結合する。ここで、コヒーレントに結合するとは、2つの信号を、強度だけでなく位相も含めて互いに結合することを言う。結合したコムモードを図19(b)に示す。図19(b)に示すように、周波数掃引されたコムモードを信号処理し、コヒーレントに結合することによって、実効的に大きな周波数範囲を得ることが出来、従って距離分解能を向上させることが出来る。 The comb modes shown in Figure 19(a) are coherently combined. Here, coherently combining means combining two signals with each other, including not only their intensity but also their phase. The combined comb modes are shown in Figure 19(b). As shown in Figure 19(b), by signal processing the frequency-swept comb modes and coherently combining them, a large effective frequency range can be obtained, and thus the distance resolution can be improved.

N.Kuse,et al.,APL Photonics 4,106105(2019)N. Kuse, et al. , APL Photonics 4, 106105 (2019)

しかしながら、図18に示すように、非特許文献1に開示されたFMコムライダーによれば、光周波数コム1803のコムモード毎に干渉信号を検出する必要があり、波長分解素子1805、第1~第n光検出器18061~1806n、複数のアナログ―デジタルコンバータ等、干渉信号を検出するための多くの素子を必要とするため、システムが複雑となる。 However, as shown in Figure 18, according to the FM comb lidar disclosed in Non-Patent Document 1, it is necessary to detect an interference signal for each comb mode of the optical frequency comb 1803, and the system becomes complicated because many elements are required to detect the interference signal, such as the wavelength resolution element 1805, the first to nth photodetectors 18061 to 1806n, and multiple analog-digital converters.

上記問題点を鑑み、本発明は、波長分解素子を必要とせず、単一の光検出器と単一のアナログ―デジタルコンバータのみを使用するFMコムライダーによるライダー装置及びライダー制御方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a lidar device and a lidar control method using an FM comb lidar that does not require a wavelength resolution element and uses only a single photodetector and a single analog-to-digital converter.

本発明の第1の態様は、ライダー装置であって、CWレーザ光源装置から発振されるCWレーザから光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引するレーザ制御部と、CWレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定する周波数変化測定部と、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するコムモード間隔測定部と、光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出し、対象体までの距離を算出するライダー部とを備え、レーザ制御部は、光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行い、ライダー部は、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得、離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成し、生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、各コムモード毎のコムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正し、補正した各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて距離を算出することを要旨とする。 A first aspect of the present invention is a lidar device comprising: a laser control unit that generates an optical frequency comb from a CW laser oscillated from a CW laser light source device and sweeps the comb mode frequency of the optical frequency comb by a comb mode interval; a frequency change measurement unit that measures the sweep amount of the CW laser frequency and the sweep amount of the comb mode frequency of the optical frequency comb; a comb mode interval measurement unit that calculates the time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by the comb mode interval for each comb mode; and a lidar unit that detects an interference signal of a mixture of scattered light and the optical frequency comb caused by irradiating the optical frequency comb on an object by a single photodetector and calculates a distance to the object. The laser control unit detects the comb of the optical frequency comb. The LIDAR unit performs a sweep that linearly increases the comb mode frequency with time while simultaneously performing a sweep that linearly increases the frequency interval of the comb modes of the optical frequency comb with time, and the LIDAR unit performs a Fourier transform on the LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain discrete signals in the frequency domain, and performs a Fourier transform on each of the discrete signals individually to generate a LIDAR signal for each comb mode, corrects the time axis of the LIDAR signal for each generated comb mode so that the time for sweeping by the comb mode interval for each comb mode is all the same, and calculates the distance using a beat signal obtained by coherently combining and Fourier transforming the corrected LIDAR signals for each comb mode.

本発明の第1の態様において、レーザ制御部は、電気光学変調器と、電気光学変調器に変調信号を入力するRF発振器と、CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、電気光学変調器にCWレーザを入力して光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引は、電流コントローラを制御してCWレーザの周波数を制御することによって実行し、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引は、RF発振器を制御して変調信号を制御することによって実行してもよい。 In a first aspect of the present invention, the laser control unit includes an electro-optical modulator, an RF oscillator that inputs a modulation signal to the electro-optical modulator, and a current controller connected to a CW laser light source device, and an optical frequency comb is generated by inputting a CW laser to the electro-optical modulator, and a sweep that linearly increases the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time is performed by controlling the current controller to control the frequency of the CW laser, and a sweep that linearly increases the frequency interval of the comb mode of the optical frequency comb with respect to time may be performed by controlling the RF oscillator to control the modulation signal.

本発明の第1の態様において、レーザ制御部は、微小共振器と、微小共振器の共鳴周波数を制御する共鳴周波数制御機構と、CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、微小共振器にCWレーザを入力して光周波数コムを生成し、光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とは、電流コントローラを制御してCWレーザの周波数を制御することと、共鳴周波数制御機構を制御して共鳴周波数を制御することによって実行してもよい。 In a first aspect of the present invention, the laser control unit includes a microresonator, a resonant frequency control mechanism that controls the resonant frequency of the microresonator, and a current controller connected to a CW laser light source device, and a CW laser is input to the microresonator to generate an optical frequency comb, and the sweep that linearly increases the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time and the sweep that linearly increases the frequency interval of the comb mode of the optical frequency comb with respect to time may be performed by controlling the current controller to control the frequency of the CW laser and controlling the resonant frequency control mechanism to control the resonant frequency.

本発明の第1の態様において、共鳴周波数制御機構は、微小共振器に取り付けたマイクロヒータであってもよい。 In the first aspect of the present invention, the resonant frequency control mechanism may be a microheater attached to the microresonator.

本発明の第1の態様において、周波数変化測定部は、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用してCWレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定してもよい。 In the first aspect of the present invention, the frequency change measurement unit may use an unbalanced Mach-Zehnder interferometer to measure the frequency sweep amount of the CW laser and the comb mode frequency sweep amount of the optical frequency comb.

本発明の第1の態様において、コムモード間隔測定部は、単一周波数発振CWレーザ光源装置と、第2光検出器と、RFバンドパスフィルタとを備え、単一周波数発振CWレーザ光源装置から照射される第2CWレーザと光周波数コムとの干渉信号を第2光検出器によって検出し、RFバンドパスフィルタによって取り出した光周波数コムのコムモード周波数と第2CWレーザの周波数が一致するときの信号から光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出してもよい。 In a first aspect of the present invention, the comb mode interval measurement unit may include a single frequency oscillation CW laser light source device, a second photodetector, and an RF bandpass filter, and may detect an interference signal between the second CW laser irradiated from the single frequency oscillation CW laser light source device and the optical frequency comb using the second photodetector, and calculate, for each comb mode, the time required to sweep the comb mode frequency of the optical frequency comb by the comb mode interval from the signal when the comb mode frequency of the optical frequency comb extracted by the RF bandpass filter matches the frequency of the second CW laser.

本発明の第1の態様において、周波数変化測定部によって測定した光周波数コムのコムモード周波数の掃引量の時間変化を用いて、ライダー部が、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得る際、干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を実行してもよい。 In the first aspect of the present invention, when the LIDAR unit performs a Fourier transform on the LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain a discrete signal in the frequency domain, the time axis of the LIDAR signal calculated from the interference signal may be corrected using the time change in the sweep amount of the comb mode frequency of the optical frequency comb measured by the frequency change measurement unit, and a correction may be performed for the signal variation caused by the nonlinearity of the frequency sweep.

本発明の第2の態様は、ライダー制御方法であって、CWレーザ光源装置から発振されるCWレーザから光周波数コムを生成するステップと、光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引によってコムモード間隔分掃引するステップと、CWレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップと、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと、光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出するステップと、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップと、離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成するステップと、生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、各コムモード毎のコムモード間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正するステップと、補正した各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて前記距離を算出するステップとを備えたことを要旨とする。 A second aspect of the present invention is a lidar control method, comprising the steps of: generating an optical frequency comb from a CW laser oscillated from a CW laser light source device; sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb linearly with time while simultaneously sweeping the frequency interval of the comb mode of the optical frequency comb linearly with time, measuring the sweep amount of the CW laser frequency and the sweep amount of the comb mode frequency of the optical frequency comb; calculating the time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by the comb mode interval for each comb mode; and measuring scattered light and light due to irradiation of the optical frequency comb on a target object. The method includes the steps of detecting an interference signal of the mixed light with the frequency comb using a single photodetector, Fourier-transforming a LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain discrete signals in the frequency domain, Fourier-transforming each of the discrete signals individually to generate a LIDAR signal for each comb mode, correcting the time axis of the LIDAR signal for each generated comb mode so that the time for sweeping the comb mode interval for each comb mode is the same for all of the generated signals, and calculating the distance using a beat signal obtained by coherently combining and Fourier-transforming the corrected LIDAR signals for each comb mode.

本発明の第2の態様において、光周波数コムを生成するステップは、電気光学変調器にCWレーザを入力して光周波数コムを生成するステップを含み、コムモード間隔分掃引するステップは、CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御してCWレーザの周波数を制御することによって光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、電気光学変調器に変調信号を入力するRF発振器を制御して変調信号を制御することによって光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とを同時に実行するステップを含んでもよい。 In a second aspect of the present invention, the step of generating an optical frequency comb includes a step of inputting a CW laser to an electro-optical modulator to generate an optical frequency comb, and the step of sweeping by the comb mode spacing may include a step of simultaneously performing a sweep to linearly increase the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time by controlling a current controller connected to a CW laser light source device to control the frequency of the CW laser, and a sweep to linearly increase the frequency spacing of the comb modes of the optical frequency comb with respect to time by controlling an RF oscillator that inputs a modulation signal to the electro-optical modulator to control the modulation signal.

本発明の第2の態様において、光周波数コムを生成するステップは、微小共振器にCWレーザを入力して光周波数コムを生成するステップを含み、コムモード間隔分掃引するステップは、CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御してCWレーザの周波数を制御することと、微小共振器の共鳴周波数を制御することによって光周波数コムのコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、光周波数コムのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とを同時に実行するステップを含んでもよい。 In a second aspect of the present invention, the step of generating an optical frequency comb includes a step of inputting a CW laser into a microresonator to generate an optical frequency comb, and the step of sweeping by the comb mode spacing may include a step of controlling a current controller connected to a CW laser light source device to control the frequency of the CW laser, and simultaneously performing a sweep that linearly increases the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time by controlling the resonant frequency of the microresonator, and a sweep that linearly increases the frequency spacing of the comb modes of the optical frequency comb with respect to time.

本発明の第2の態様において、微小共振器の共鳴周波数の制御は、微小共振器に取り付けたマイクロヒータによって実行されてもよい。 In a second aspect of the present invention, control of the resonant frequency of the microresonator may be performed by a microheater attached to the microresonator.

本発明の第2の態様において、CWレーザの周波数の掃引量及び光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップは、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して実行されてもよい。 In a second aspect of the present invention, the step of measuring the frequency sweep of the CW laser and the comb mode frequency sweep of the optical frequency comb may be performed using an unbalanced Mach-Zehnder interferometer.

本発明の第2の態様において、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップは、第2CWレーザと光周波数コムとの干渉信号を検出するステップと、RFバンドパスフィルタによって光周波数コムのコムモード周波数と第2CWレーザの周波数が一致するときの信号を取り出すステップと、取り出した信号から、光周波数コムのコムモード周波数をコムモード間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップとを含んでもよい。 In a second aspect of the present invention, the step of calculating for each comb mode the time to sweep the comb mode frequency of the optical frequency comb by the comb mode interval may include the steps of detecting an interference signal between the second CW laser and the optical frequency comb, extracting a signal when the comb mode frequency of the optical frequency comb and the frequency of the second CW laser match using an RF bandpass filter, and calculating for each comb mode the time to sweep the comb mode frequency of the optical frequency comb by the comb mode interval from the extracted signal.

本発明の第2の態様において、干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップは、干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うステップを含んでもよい。 In a second aspect of the present invention, the step of Fourier transforming the LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain a discrete signal in the frequency domain may include a step of correcting the time axis of the LIDAR signal calculated from the interference signal and correcting for signal variations caused by nonlinearity of the frequency sweep.

本発明によれば、波長分解素子を必要とせず、単一の光検出器と単一のアナログ―デジタルコンバータのみを使用するFMコムライダーによるライダー装置及びライダー制御方法を提供できる。 The present invention provides a lidar device and a lidar control method using an FM comb lidar that does not require a wavelength resolution element and uses only a single photodetector and a single analog-to-digital converter.

本発明の実施形態に係るライダー装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of a LIDAR device according to an embodiment of the present invention. 実施形態に係る周波数変化測定部の構成の一例を示すブロック図である。4 is a block diagram showing an example of a configuration of a frequency change measuring unit according to the embodiment. FIG. 実施形態に係るライダー部の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of a rider section according to the embodiment. 従来技術に係る(a)コムモード周波数及び(b)ライダー信号を示すグラフである。Graph showing (a) comb mode frequency and (b) lidar signal according to the prior art. 実施形態に係る(a)コムモード周波数及び(b)ライダー信号を示すグラフである。1 is a graph showing (a) comb mode frequency and (b) lidar signal according to an embodiment. 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、(a)ライダー信号、(b)ビート信号、(c)ビート信号、(d)ライダー信号のグラフである。1A-1D are graphs illustrating a method for combining LIDAR signals according to an embodiment, where (a) LIDAR signal, (b) beat signal, (c) beat signal, and (d) LIDAR signal. 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、(a)ライダー信号、(b)時間軸補正前、(c)時間軸補正後のグラフである。1A-1C are graphs illustrating a method for combining LIDAR signals according to an embodiment, (a) LIDAR signal, (b) before time axis correction, and (c) after time axis correction. 実施形態に係るライダー信号を結合する方法を説明する図であり、(a)結合されたライダー信号及び(b)ビート信号のグラフである。1A-1B are graphs illustrating a method for combining LIDAR signals according to an embodiment, (a) a graph of the combined LIDAR signal and (b) a graph of the beat signal. 実施形態に係るライダー信号を結合する際の補正の方法を説明するグラフであり、(a)補正前、(b)補正後のグラフである。Graphs illustrating a method of correction when combining LIDAR signals according to an embodiment, (a) before correction, (b) after correction. 実施形態に係るコムモード間隔分掃引された時間を求める方法を説明する図であり、(a)リファレンスとコムモードの周波数の関係、(b)得られる信号の図である。1A and 1B are diagrams for explaining a method for determining the time swept by a comb mode interval according to an embodiment, in which (a) is a relationship between the reference and the frequency of the comb mode, and (b) is a diagram of the resulting signal. 実施形態に係るコムモード間隔測定部の構成の一例を示すブロック図である。4 is a block diagram showing an example of a configuration of a comb mode interval measurement unit according to the embodiment. FIG. 実施形態に係る干渉信号を示すグラフである。11 is a graph showing an interference signal according to an embodiment. 実施形態に係る干渉信号を示すグラフであり、(a)k番目のコムモード、(b)k―1番目のコムモードのグラフである。1A and 1B are graphs showing interference signals according to an embodiment, (a) k-th comb mode, (b) k-1-th comb mode. 本発明の実施形態に係るライダー装置によるライダー信号であり、(a)2~4番目のコムモード、(b)2、3番目のコムモード、(c)3、4番目のコムモードのグラフである。13A and 13B are graphs of LIDAR signals from a LIDAR device according to an embodiment of the present invention, showing (a) the second to fourth comb modes, (b) the second and third comb modes, and (c) the third and fourth comb modes. 本発明の実施形態に係るライダー装置によるビート信号である。1 is a beat signal from a LIDAR device according to an embodiment of the present invention. 従来のFMCWライダーによる距離測定装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a distance measurement device using a conventional FMCW LIDAR. 従来のFMCWライダーによる参照光、散乱光及びビート周波数の変化量を示すグラフであり、(a)は参照光、(b)は参照光と散乱光、(c)はビート周波数に対するグラフである。1 is a graph showing the amount of change in reference light, scattered light, and beat frequency by a conventional FMCW lidar, where (a) is a graph of the reference light, (b) is a graph of the reference light and scattered light, and (c) is a graph of the beat frequency. 従来技術に係るライダー装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a LIDAR device according to a conventional technology. 従来技術に係るライダー信号を示すグラフである。1 is a graph showing a LIDAR signal according to the prior art.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings relating to the embodiment, the same or similar parts are given the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between thickness and planar dimensions, the thickness ratio of each component, etc., differ from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined with reference to the following explanation. In addition, it goes without saying that the drawings include parts with different dimensional relationships and ratios.

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The embodiments are merely examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention does not specify the configuration, arrangement, layout, etc. of each component to those described below. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.

(実施形態)
本発明の実施形態に係るライダー装置及びライダー制御方法を図1を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態に係るライダー装置10は、レーザ制御部101と、周波数変化測定部102と、コムモード間隔測定部103と、ライダー部104とから構成される。
(Embodiment)
A LIDAR device and a LIDAR control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. As shown in Fig. 1, a LIDAR device 10 according to this embodiment includes a laser control unit 101, a frequency change measurement unit 102, a comb mode spacing measurement unit 103, and a LIDAR unit 104.

レーザ制御部101は、CWレーザ光源装置105と、電流コントローラ106と、第1制御装置107と、光周波数コム発生器108と、第2制御装置109と、第1光方向性結合器110とから構成される。 The laser control unit 101 is composed of a CW laser light source device 105, a current controller 106, a first control device 107, an optical frequency comb generator 108, a second control device 109, and a first optical directional coupler 110.

光周波数コム発生器108としては、例えば電気光学変調器や微小共振器が挙げられる。光周波数コム発生器108として電気光学変調器を用いる場合、CWレーザ光源装置105からCWレーザを電気光学変調器に入力し、変調を加えることによってサイドバンド、即ち光周波数コムを発生させる。本実施形態において、一例として、光周波数コム発生器108は、電気光学変調器111と、RF発振器112とから構成される。CWレーザ光源装置105からCWレーザが第1光方向性結合器110を介して電気光学変調器111に入力され、RF発振器112から電気光学変調器111へ変調信号が入力されることによって、光周波数コム発生器108において光周波数コム116が生成される。 The optical frequency comb generator 108 may be, for example, an electro-optical modulator or a microresonator. When an electro-optical modulator is used as the optical frequency comb generator 108, a CW laser is input from the CW laser source device 105 to the electro-optical modulator and modulated to generate a sideband, i.e., an optical frequency comb. In this embodiment, as an example, the optical frequency comb generator 108 is composed of an electro-optical modulator 111 and an RF oscillator 112. The CW laser is input from the CW laser source device 105 to the electro-optical modulator 111 via the first optical directional coupler 110, and a modulation signal is input from the RF oscillator 112 to the electro-optical modulator 111, whereby the optical frequency comb generator 108 generates an optical frequency comb 116.

光周波数コム発生器108として微小共振器を用いる場合、光周波数コム発生器108は、微小共振器と、共鳴周波数制御機構とから構成される。共鳴周波数制御機構は、微小共振器に取り付けられ、共鳴周波数を制御する機構であって、例えば、微小共振器に取り付けられたマイクロヒータ及びマイクロヒータに流す電流コントローラ、又は、微小共振器に取り付けられた圧電素子及び圧電素子に印加する電圧コントローラ、等である。共鳴周波数制御機構がマイクロヒータ及びマイクロヒータに流す電流コントローラによって構成される場合、電流コントローラによってマイクロヒータに流す電流を制御することで微小共振器の温度を制御し、よって微小共振器の共鳴周波数を制御する。共鳴周波数制御機構が圧電素子及び圧電素子に印加する電圧コントローラによって構成される場合、電圧コントローラによって圧電素子に印加する電圧を制御することで微小共振器の共振器長を制御し、よって微小共振器の共鳴周波数を制御する。 When a microresonator is used as the optical frequency comb generator 108, the optical frequency comb generator 108 is composed of a microresonator and a resonant frequency control mechanism. The resonant frequency control mechanism is a mechanism attached to the microresonator and controls the resonant frequency, such as a microheater attached to the microresonator and a current controller to flow to the microheater, or a piezoelectric element attached to the microresonator and a voltage controller to apply to the piezoelectric element. When the resonant frequency control mechanism is composed of a microheater and a current controller to flow to the microheater, the temperature of the microresonator is controlled by controlling the current to flow to the microheater with the current controller, thereby controlling the resonant frequency of the microresonator. When the resonant frequency control mechanism is composed of a piezoelectric element and a voltage controller to apply to the piezoelectric element, the resonant length of the microresonator is controlled by controlling the voltage to be applied to the piezoelectric element with the voltage controller, thereby controlling the resonant frequency of the microresonator.

CWレーザ光源装置105からCWレーザを導波路を介して導波路に光結合された微小共振器に入力し、光周波数コムを発生させる。発生する光周波数コムのコムモード周波数のうちの一つは、微小共振器の共鳴周波数に一致する。また、微小共振器に入力するCWレーザの周波数は、コムモード周波数のうちのいずれかからのずれが一定以内の周波数である必要がある。従って、微小共振器において発生する光周波数コムのコムモード周波数を変える場合、微小共振器に入力するCWレーザの周波数を変えると同時に、共鳴周波数制御機構によって微小共振器の共鳴周波数を変える。 A CW laser is input from the CW laser light source device 105 via a waveguide to a microresonator optically coupled to the waveguide to generate an optical frequency comb. One of the comb mode frequencies of the generated optical frequency comb matches the resonant frequency of the microresonator. In addition, the frequency of the CW laser input to the microresonator must deviate from one of the comb mode frequencies by a certain amount. Therefore, when changing the comb mode frequency of the optical frequency comb generated in the microresonator, the frequency of the CW laser input to the microresonator is changed and at the same time the resonant frequency of the microresonator is changed by the resonant frequency control mechanism.

電気光学変調器や微小共振器による光周波数コムは、コムモード周波数の間隔が10GHz-1THz程度と、モードロックファイバレーザ等の従来の光周波数コムのコム間隔が100MHz-1GHz程度であるのと比較して広い。本実施形態においては、後述するように、光周波数コムの各コムモードは互いに分離して、各コムモードを複数のCWレーザとして使用し、更に各コムモードのコムモード周波数を掃引することから、光周波数コムのコム間隔が広いほうが望ましく、コム間隔の観点からは、光周波数コム発生器108として電気光学変調器や微小共振器を使用するのが望ましい。 An optical frequency comb using an electro-optic modulator or a microresonator has a comb mode frequency spacing of about 10 GHz-1 THz, which is wider than the comb spacing of conventional optical frequency combs such as mode-locked fiber lasers, which is about 100 MHz-1 GHz. In this embodiment, as described below, each comb mode of the optical frequency comb is separated from the others and each comb mode is used as multiple CW lasers, and the comb mode frequency of each comb mode is swept. Therefore, it is desirable for the comb spacing of the optical frequency comb to be wider, and from the viewpoint of comb spacing, it is desirable to use an electro-optic modulator or a microresonator as the optical frequency comb generator 108.

CWレーザ光源装置105から照射されたCWレーザ113は、第1光方向性結合器110によってCWレーザ114とCWレーザ115に分離される。CWレーザ115は周波数変化測定部102に入力され、周波数変化測定部102においてCWレーザ115の周波数掃引量が計測される。CWレーザ114は光周波数コム発生器108に入力され、光周波数コム116が生成される。光周波数コム116は、第2光方向性結合器117によって光周波数コム118と光周波数コム119に分離される。光周波数コム119は周波数変化測定部102に入力され、周波数変化測定部102において光周波数コム119の周波数掃引量が計測される。光周波数コム118は、第3光方向性結合器120によって光周波数コム121と光周波数コム122に分離される。光周波数コム122はコムモード間隔測定部103に入力され、コムモード間隔測定部103において光周波数コム122のコムモード間隔分掃引された時間が計測される。光周波数コム121はライダー部104に入力され、ライダー部104においてライダー装置10と対象体123との間の距離が計測される。 The CW laser 113 irradiated from the CW laser light source device 105 is separated into the CW laser 114 and the CW laser 115 by the first optical directional coupler 110. The CW laser 115 is input to the frequency change measurement unit 102, where the frequency sweep amount of the CW laser 115 is measured. The CW laser 114 is input to the optical frequency comb generator 108, where the optical frequency comb 116 is generated. The optical frequency comb 116 is separated into the optical frequency comb 118 and the optical frequency comb 119 by the second optical directional coupler 117. The optical frequency comb 119 is input to the frequency change measurement unit 102, where the frequency sweep amount of the optical frequency comb 119 is measured. The optical frequency comb 118 is separated into the optical frequency comb 121 and the optical frequency comb 122 by the third optical directional coupler 120. The optical frequency comb 122 is input to the comb mode interval measurement unit 103, which measures the time swept by the comb mode interval of the optical frequency comb 122. The optical frequency comb 121 is input to the LIDAR unit 104, which measures the distance between the LIDAR device 10 and the target object 123.

本実施形態において、光周波数コム116の各コムモードをFMコムライダーの光キャリアとして使用するため、周波数掃引されている全てのコムモードの周波数掃引量を同時に測定する必要がある。光周波数コム116の周波数掃引量は、周波数変化測定部102を用いて測定する。また、後述するように、コムモード間隔を測定するためにCWレーザ115の周波数掃引量を測定する必要がある。CWレーザ115の周波数掃引量についても、周波数変化測定部102を用いて測定する。 In this embodiment, since each comb mode of the optical frequency comb 116 is used as an optical carrier for the FM comb rider, it is necessary to simultaneously measure the frequency sweep amount of all comb modes that are frequency swept. The frequency sweep amount of the optical frequency comb 116 is measured using the frequency change measurement unit 102. Also, as described later, it is necessary to measure the frequency sweep amount of the CW laser 115 in order to measure the comb mode spacing. The frequency sweep amount of the CW laser 115 is also measured using the frequency change measurement unit 102.

光周波数コム116の周波数掃引されている全てのコムモードの周波数掃引量の測定方法は、光周波数コム116の発生方法によって異なる。光周波数コム発生器108が、電気光学変調器111と、RF発振器112とから構成される場合、CWレーザ113の周波数掃引量と、光周波数コム116のN番目のコムモードの周波数掃引量を測定することにより、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数掃引量を算出することが出来る。光周波数コム発生器108が、微小共振器から構成される場合、光周波数コム116のN番目及びM番目のコムモードの周波数掃引量を測定することにより、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数掃引量を算出することが出来る(ただし、N≠M)。 The method for measuring the frequency sweep amount of all comb modes swept in the frequency of the optical frequency comb 116 differs depending on the generation method of the optical frequency comb 116. When the optical frequency comb generator 108 is composed of an electro-optic modulator 111 and an RF oscillator 112, the frequency sweep amount of all comb modes of the optical frequency comb 116 can be calculated by measuring the frequency sweep amount of the CW laser 113 and the frequency sweep amount of the Nth comb mode of the optical frequency comb 116. When the optical frequency comb generator 108 is composed of a microresonator, the frequency sweep amount of all comb modes of the optical frequency comb 116 can be calculated by measuring the frequency sweep amount of the Nth and Mth comb modes of the optical frequency comb 116 (where N ≠ M).

掃引されるコムモードの周波数掃引量の測定は、例えば、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用する方法や、CWレーザとコムモードを干渉させて、その周波数差を光検出器によって測定する方法が挙げられる。本実施形態においては、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して光周波数コム116及びCWレーザ115の周波数掃引量の測定を行う。 The frequency sweep amount of the swept comb mode can be measured, for example, by using an unbalanced Mach-Zehnder interferometer or by causing interference between the CW laser and the comb mode and measuring the frequency difference with a photodetector. In this embodiment, the frequency sweep amount of the optical frequency comb 116 and the CW laser 115 is measured using an unbalanced Mach-Zehnder interferometer.

本実施形態において、光周波数コム発生器108は、電気光学変調器111と、RF発振器112とから構成されるものとしている。光周波数コム発生器108が、電気光学変調器111と、RF発振器112とから構成される場合の、CWレーザ113の周波数掃引量と、光周波数コム116のN番目のコムモードの周波数掃引量から、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数掃引量を算出する方法を説明する。本実施形態に係る周波数変化測定部102を図2に示す。図2に示す周波数変化測定部102は、2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計201と、光バンドパスフィルタ(BPF)202と、第1、第2光検出器203、204と、第1、第2アナログ―デジタルコンバータ(ADC)205、206と、信号処理装置210とから構成される。2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計201は、互いに光路長の異なる第1導波路211と、第2導波路212と、第4光方向性結合器213と、第5光方向性結合器214とから構成される。 In this embodiment, the optical frequency comb generator 108 is composed of an electro-optical modulator 111 and an RF oscillator 112. A method for calculating the frequency sweep amount of all comb modes of the optical frequency comb 116 from the frequency sweep amount of the CW laser 113 and the frequency sweep amount of the Nth comb mode of the optical frequency comb 116 when the optical frequency comb generator 108 is composed of the electro-optical modulator 111 and the RF oscillator 112 will be described. The frequency change measurement unit 102 according to this embodiment is shown in FIG. 2. The frequency change measurement unit 102 shown in FIG. 2 is composed of a two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 201, an optical bandpass filter (BPF) 202, first and second photodetectors 203 and 204, first and second analog-to-digital converters (ADCs) 205 and 206, and a signal processing device 210. The two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 201 is composed of a first waveguide 211, a second waveguide 212, a fourth optical directional coupler 213, and a fifth optical directional coupler 214, each of which has a different optical path length.

CWレーザ光源装置105から出力されたCWレーザ115は、2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計201の第4光方向性結合器213に入力される。CWレーザ115は、CWレーザ216として第1導波路211を、CWレーザ217として第2導波路212を伝搬し、第5光方向性結合器214において合流し、出力光218が出力され、第1光検出器203によって出力光218の干渉信号が検出される。CWレーザ217はCWレーザ216と比較して遅延を受けた光であり、従って第1光検出器203によって検出した出力光218の干渉信号の時間変化をグラフに示すと、干渉が生じている様子が観測される。 The CW laser 115 output from the CW laser light source device 105 is input to the fourth optical directional coupler 213 of the two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 201. The CW laser 115 propagates through the first waveguide 211 as the CW laser 216 and through the second waveguide 212 as the CW laser 217, and is merged at the fifth optical directional coupler 214, outputting the output light 218, and the interference signal of the output light 218 is detected by the first optical detector 203. The CW laser 217 is a delayed light compared to the CW laser 216, and therefore, when the time change of the interference signal of the output light 218 detected by the first optical detector 203 is graphed, the occurrence of interference is observed.

第1制御装置107によって電流コントローラ106を制御し、CWレーザ光源装置105から出力されるCWレーザ113の周波数を掃引すると、CWレーザ113の周波数の変化に応答して、第1光検出器203によって検出する干渉信号の波形の位相が変化する。この干渉波形の、CWレーザ113の周波数を変化させる前と、CWレーザ113の周波数を変化させた後の位相の変化量δφCWを測定することによって、次式よりCWレーザ113の周波数の変化量δνCWを算出することが出来る。 When the first control device 107 controls the current controller 106 and sweeps the frequency of the CW laser 113 output from the CW laser light source device 105, the phase of the waveform of the interference signal detected by the first photodetector 203 changes in response to the change in the frequency of the CW laser 113. By measuring the amount of change δφ CW in the phase of this interference waveform before and after changing the frequency of the CW laser 113, the amount of change δν CW in the frequency of the CW laser 113 can be calculated from the following equation.

Figure 0007627487000003
ここで、上式中のτは2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計201の第2導波路212を伝搬した光の遅延時間であり、既知の値である。
Figure 0007627487000003
Here, τ in the above formula is the delay time of the light propagated through the second waveguide 212 of the two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 201, and is a known value.

レーザ制御部101から第2光方向性結合器117を介して周波数変化測定部102に入力された光周波数コム119は、2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計201の第5光方向性結合器214に入力される。光周波数コム119は、光周波数コム219として第1導波路211を、光周波数コム220として第2導波路212を伝搬し、第4光方向性結合器213において合流し、出力光221が出力される。光バンドパスフィルタ202は、出力光221のN番目のコムモードのみを透過するように設定される。出力光221は光バンドパスフィルタ202に入力され、第2光検出器204によって、N番目のコムモードの干渉信号が検出される。 The optical frequency comb 119 input from the laser control unit 101 to the frequency change measurement unit 102 via the second optical directional coupler 117 is input to the fifth optical directional coupler 214 of the two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 201. The optical frequency comb 119 propagates through the first waveguide 211 as the optical frequency comb 219 and through the second waveguide 212 as the optical frequency comb 220, and is merged at the fourth optical directional coupler 213, and output light 221 is output. The optical bandpass filter 202 is set to transmit only the Nth comb mode of the output light 221. The output light 221 is input to the optical bandpass filter 202, and an interference signal of the Nth comb mode is detected by the second photodetector 204.

第1制御装置107及び第2制御装置109によってレーザ制御部101から出力される光周波数コム116のコムモード周波数が掃引されると、光検出器205によって検出されるN番目のコムモードの干渉信号の位相が変化する。N番目のコムモードの干渉信号の位相の変化量をδφとすると、N番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δνは次の数式より算出することが出来る。 When the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 output from the laser control unit 101 is swept by the first control device 107 and the second control device 109, the phase of the interference signal of the Nth comb mode detected by the photodetector 205 changes. If the amount of change in the phase of the interference signal of the Nth comb mode is δφ N , the comb mode frequency sweep amount δν N of the Nth comb mode can be calculated by the following formula.

Figure 0007627487000004
Figure 0007627487000004

ここで、CWレーザ113の周波数の変化量δνCWとN番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δνの関係は、次式のように表される。 Here, the relationship between the amount of change δν CW in the frequency of the CW laser 113 and the amount of comb mode frequency sweep δν N of the Nth comb mode is expressed by the following equation.

Figure 0007627487000005
ここで、δνEOは、RF発振器112から電気光学変調器111へ入力される変調信号の周波数の変化量である。上式より、任意のコムモード周波数の掃引量δνは、
Figure 0007627487000005
Here, δν EO is the amount of change in the frequency of the modulated signal input from the RF oscillator 112 to the electro-optic modulator 111. From the above formula, the sweep amount δν K of an arbitrary comb mode frequency is given by

Figure 0007627487000006

より算出することが出来る。
Figure 0007627487000006

It can be calculated from the above.

光周波数コム発生器108が、微小共振器から構成される場合、図2に示す周波数変化測定部102の第4光方向性結合器213に、M番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δνを測定するための、出力光221のM番目のコムモードのみを透過するように設定された光バンドパスフィルタ及び光検出器を接続する。N番目のコムモードの干渉信号を検出する方法と同様の方法でM番目のコムモードの干渉信号を検出する。光周波数コム116のコムモード周波数の掃引に伴うM番目のコムモードの干渉信号の位相の変化量をδφとすると、M番目のコムモードのコムモード周波数掃引量δνは次式より算出することが出来る。 When the optical frequency comb generator 108 is composed of a microresonator, an optical bandpass filter and a photodetector set to transmit only the Mth comb mode of the output light 221 are connected to the fourth optical directional coupler 213 of the frequency change measurement unit 102 shown in Figure 2 in order to measure the comb mode frequency sweep amount δν M of the Mth comb mode. The interference signal of the Mth comb mode is detected in a manner similar to the method for detecting the interference signal of the Nth comb mode. If the amount of change in phase of the interference signal of the Mth comb mode accompanying the sweep of the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 is δφ M , the comb mode frequency sweep amount δν M of the Mth comb mode can be calculated by the following formula.

Figure 0007627487000007
任意のコムモード周波数の掃引量δνは、
Figure 0007627487000007
The sweep amount δν K of an arbitrary comb mode frequency is given by

Figure 0007627487000008

より算出することが出来る。
Figure 0007627487000008

It can be calculated from the above.

ライダー部104の構成の一例を図3に示す。図3に示すライダー部104は、第6光方向性結合器301と、サーキュレータ302と、第7光方向性結合器303と、光検出器304と、アナログ―デジタルコンバータ(ADC)305と、計算装置306とから構成される。 An example of the configuration of the LIDAR section 104 is shown in FIG. 3. The LIDAR section 104 shown in FIG. 3 is composed of a sixth optical directional coupler 301, a circulator 302, a seventh optical directional coupler 303, a photodetector 304, an analog-to-digital converter (ADC) 305, and a computing device 306.

光周波数コム121は、第6光方向性結合器301において光周波数コム307と光周波数コム308とに分離される。光周波数コム307は、サーキュレータ302を介して、対象体123へ照射される。光周波数コム307は、対象体123によって散乱し、散乱光309がサーキュレータ302に入力される。散乱光309は、サーキュレータ302及び第7光方向性結合器303によって光周波数コム308と合流し、出力光310として出力される。出力光310の干渉信号は光検出器304によって検出され、アナログ―デジタルコンバータ305によってデジタル化され、計算装置306に入力される。 The optical frequency comb 121 is separated into an optical frequency comb 307 and an optical frequency comb 308 in the sixth optical directional coupler 301. The optical frequency comb 307 is irradiated to the object 123 via the circulator 302. The optical frequency comb 307 is scattered by the object 123, and the scattered light 309 is input to the circulator 302. The scattered light 309 is combined with the optical frequency comb 308 by the circulator 302 and the seventh optical directional coupler 303, and is output as the output light 310. The interference signal of the output light 310 is detected by the photodetector 304, digitized by the analog-to-digital converter 305, and input to the computing device 306.

本実施形態のライダー装置10はFMコムライダーによるライダー装置であり、非特許文献1において開示されている方法と同様、光周波数コム121のコムモード周波数を掃引し、ライダー部104においてビート周波数を計測することにより、ライダー装置10と対象体123との間の距離を計測する。第1制御装置107によって電流コントローラ106を制御して、CWレーザ光源装置105から光周波数コム発生器108に入力するCWレーザ113の周波数を掃引することにより、光周波数コム発生器108において生成される光周波数コム116のコムモード周波数を、コムモードの間隔分掃引する。 The LIDAR device 10 of this embodiment is a LIDAR device using an FM comb LIDAR, and similar to the method disclosed in Non-Patent Document 1, the LIDAR device 10 measures the distance between the LIDAR device 10 and the target object 123 by sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb 121 and measuring the beat frequency in the LIDAR section 104. The first control device 107 controls the current controller 106 to sweep the frequency of the CW laser 113 input from the CW laser light source device 105 to the optical frequency comb generator 108, thereby sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 generated in the optical frequency comb generator 108 by the comb mode interval.

光周波数コム116のコムモード周波数のそれぞれを時間に対して一定の割合aで変化させたとき、ライダー信号は正弦波で表すことが出来るため、単一の光検出器によって複数のライダー信号を検出する場合、単一の光検出器によって検出される複数のライダー信号は正弦波の重ね合わせ、すなわち、次式 When each comb mode frequency of the optical frequency comb 116 is changed at a constant rate a n with respect to time, the lidar signal can be expressed as a sine wave. Therefore, when multiple lidar signals are detected by a single photodetector, the multiple lidar signals detected by the single photodetector are superimposed sine waves, that is, the following equation is given:

Figure 0007627487000009
で表すことが出来る。ここで、上式のωは割合aに依存する値であり、nはコムモードの次数である。
Figure 0007627487000009
Here, ω n in the above equation is a value that depends on the ratio a n , and n is the order of the comb mode.

非特許文献1において開示されている方法によれば、光周波数コム116の全てのコムモード周波数を時間に対して線形的に変化させる。この場合の、各コムモード周波数及びライダー信号を図4に示す。図4(a)に示すように、各コムモード周波数を時間に対して同じ割合で変化させると、各コムモードに対する上式のωは互いに同じ値となり、従って図4(b)に示すように、各コムモードのライダー信号を互いに区別することが出来なくなる。 According to the method disclosed in Non-Patent Document 1, all comb mode frequencies of the optical frequency comb 116 are changed linearly with respect to time. In this case, each comb mode frequency and LIDAR signal are shown in Fig. 4. As shown in Fig. 4(a), when each comb mode frequency is changed at the same rate with respect to time, ωn in the above equation for each comb mode becomes the same value, and therefore, as shown in Fig. 4(b), the LIDAR signals of each comb mode cannot be distinguished from each other.

本実施形態においては、光周波数コム116の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる変化に加えて、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる。この場合の、各コムモード周波数及びライダー信号を図5に示す。図5には、一例として、CH1~CH5の5つのコムモードを示す。図5(a)に示すように、各コムモード周波数を時間に対して同じ割合で変化させ、かつ各コムモード周波数間隔を時間に対して同じ割合で変化させると、図4(a)においては各コムモード周波数の傾きは互いに同一であったが、図5(a)においては各コムモード周波数の傾きが、コムモードの次数が大きくなるにつれて、大きくなっている。よって各コムモードに対する上式のωは互いに異なる値となり、従って図5(b)に示すように、各コムモードのライダー信号を互いに区別することが可能となる。 In this embodiment, in addition to changing all comb mode frequencies of the optical frequency comb 116 to increase linearly with respect to time, the frequency intervals of all comb modes of the optical frequency comb 116 are increased linearly with respect to time. Each comb mode frequency and LIDAR signal in this case are shown in FIG. 5. FIG. 5 shows five comb modes CH1 to CH5 as an example. As shown in FIG. 5(a), when each comb mode frequency is changed at the same rate with respect to time and each comb mode frequency interval is changed at the same rate with respect to time, the slopes of each comb mode frequency are the same in FIG. 4(a), but in FIG. 5(a), the slopes of each comb mode frequency become larger as the order of the comb mode increases. Therefore, ω n in the above equation for each comb mode becomes a different value, and therefore, as shown in FIG. 5(b), it becomes possible to distinguish the LIDAR signals of each comb mode from each other.

単一の光検出器によって複数のライダー信号を検出し、各コムモードのライダー信号をコヒーレント結合する手順を図6、図7、図8及び図9を参照して説明する。光周波数コム116の全てのコムモード周波数は、時間に対して線形的に増加させる変化に加えて、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる。この場合、図5(b)及び図6(a)に示すように、各コムモードのライダー信号は、互いに周期の異なる正弦波で表される。図5(b)及び図6(a)に示す正弦波を足し合わせ、さらにフーリエ変換すると、図6(b)に示すように、周波数領域上の離散的な信号を得ることが出来る。なお、これらの信号の周波数はビート周波数である。ここで、詳細については後述するが、図6(a)に示す正弦波の重ね合わせをフーリエ変換して、図6(b)に示すような、周波数領域上の離散的な信号を得る際、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行う。 The procedure for detecting multiple lidar signals by a single photodetector and coherently combining the lidar signals of each comb mode will be described with reference to Figures 6, 7, 8, and 9. In addition to the change in which all comb mode frequencies of the optical frequency comb 116 increase linearly with time, the frequency intervals of all comb modes of the optical frequency comb 116 increase linearly with time. In this case, as shown in Figures 5(b) and 6(a), the lidar signals of each comb mode are represented by sine waves with different periods. By adding the sine waves shown in Figures 5(b) and 6(a) and then Fourier transforming them, a discrete signal in the frequency domain can be obtained as shown in Figure 6(b). Note that the frequency of these signals is the beat frequency. Here, although details will be described later, when the superposition of the sine waves shown in Figure 6(a) is Fourier transformed to obtain a discrete signal in the frequency domain as shown in Figure 6(b), a correction is made for the signal variation caused by the nonlinearity of the frequency sweep.

図6(c)に示すように、図6(b)に示すCH1~CH5の信号のうち、1つの信号を取り出す。図6(c)には、一例としてCH1の信号を示す。図6(d)に示すCH1の信号をフーリエ変換して、図6(d)に示すように、CH1のみのライダー信号を取得する。 As shown in Figure 6(c), one signal is extracted from the signals CH1 to CH5 shown in Figure 6(b). Figure 6(c) shows the CH1 signal as an example. The CH1 signal shown in Figure 6(d) is Fourier transformed to obtain the lidar signal of only CH1, as shown in Figure 6(d).

図7(a)に示すように、CH2~CH5の全ての信号について、図6(e)に示すCH1のみのライダー信号を取得したときと同様の手順でライダー信号を取得する。図7(a)に示すCH1~CH5の全ての信号について、コムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleを求める。コムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleを求める方法については後述する。図7(b)に、CH1~CH5の全ての信号について求めた時間Tn,cycleを示す。図7(b)の図中の線Pと各コムモードの時間軸とが交わる時間は、各コムモードにおける時間Tn,cycleである。ライダー信号の、QCH1~CH5の全ての信号について、図7(c)に示すように、Tn,cycle=Tcycleとなるように、時間軸を補正する。図7(c)の図中の線Qは、時間がTcycleであることを示す。 As shown in FIG. 7(a), for all signals of CH2 to CH5, the lidar signal is acquired in the same procedure as when the lidar signal of only CH1 shown in FIG. 6(e) is acquired. For all signals of CH1 to CH5 shown in FIG. 7(a), the time T n,cycle swept by the comb mode interval is obtained. The method of obtaining the time T n,cycle swept by the comb mode interval will be described later. FIG. 7(b) shows the time T n,cycle obtained for all signals of CH1 to CH5. The time at which the line P in FIG. 7(b) intersects with the time axis of each comb mode is the time T n,cycle in each comb mode. For all signals of QCH1 to CH5 of the lidar signal, the time axis is corrected so that T n,cycle = T cycle as shown in FIG. 7(c). The line Q in FIG. 7(c) indicates that the time is T cycle .

図8(a)に示すように、Tcycleで各コムモードのライダー信号を、コヒーレント結合する。得られたライダー信号を、図8(b)に示すように、フーリエ変換してビート信号を得る。(数1)から、対象体123までの距離Lを算出することが出来る。 As shown in Fig. 8(a), the LIDAR signals of each comb mode are coherently combined at T cycle . The obtained LIDAR signals are Fourier transformed to obtain a beat signal as shown in Fig. 8(b). The distance L to the target object 123 can be calculated from (Equation 1).

図6(a)に示す正弦波の重ね合わせをフーリエ変換して、図6(b)に示す信号を得る際の、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正について説明する。CWレーザ光源装置105から出力されたCWレーザ115や、RF発振器112から電気光学変調器111へ入力された変調信号を制御して、光周波数コム116のコムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる際、CWレーザ115や変調信号の、CWレーザ115や変調信号を制御する入力信号に対する応答は、入力信号に対して、理想的には線形であるが、実際は線形ではなく非線形であるため、このような信号のばらつきが生じる。図9(a)に、一例として、実際にライダー信号をフーリエ変換して得られた信号を示す。図9(a)に示す信号は、3つのコムモードの信号を示しているが、信号にばらつきがあり、3つのコムモードを互いに分離できていない。 The following describes the correction of signal variations caused by the nonlinearity of frequency sweep when the superposition of sine waves shown in FIG. 6(a) is Fourier transformed to obtain the signal shown in FIG. 6(b). When the CW laser 115 output from the CW laser light source device 105 or the modulation signal input from the RF oscillator 112 to the electro-optical modulator 111 is controlled to linearly increase the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 with respect to time, the response of the CW laser 115 and the modulation signal to the input signal that controls the CW laser 115 and the modulation signal is ideally linear with respect to the input signal, but in reality it is not linear but nonlinear, so such signal variations occur. As an example, FIG. 9(a) shows a signal actually obtained by Fourier transforming a lidar signal. The signal shown in FIG. 9(a) shows three comb mode signals, but there is variation in the signal and the three comb modes cannot be separated from each other.

これに対する補正は以下のように行う。光周波数コム116のコムモード周波数を掃引する際、周波数変化測定部102において、光周波数コム116のコムモード周波数の時間に対する変化を測定する。この測定結果を用いて、光周波数コム116のコムモード周波数の時間に対する非線形的な変化を、線形的な変化となるように、フーリエ変換する前のライダー信号に対して時間軸の補正を行う。図9(b)に、図9(a)に示す信号のもととなったライダー信号にこの補正を行い、フーリエ変換して得られた信号を示す。3つのコムモードの信号(H、I、J)が示されており、3つのコムモードが互いに分離されている。 Correction for this is performed as follows. When sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb 116, the frequency change measurement unit 102 measures the change in the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 over time. Using this measurement result, a time axis correction is performed on the lidar signal before Fourier transform so that the nonlinear change over time in the comb mode frequency of the optical frequency comb 116 becomes a linear change. Figure 9(b) shows the signal obtained by performing this correction on the lidar signal that was the source of the signal shown in Figure 9(a) and then performing a Fourier transform. Three comb mode signals (H, I, J) are shown, and the three comb modes are separated from each other.

以下に、コムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleを求める方法を図10を参照しながら説明する。図10(a)に示すように、周波数νrefを有するCWレーザとコムモードを干渉させ、干渉信号を検出する。光周波数コムのコムモードは周波数掃引されており、コムモード周波数とリファレンス周波数が一致したときに干渉信号が検出され、図10(b)のような信号が得られる。図10(b)によれば、時刻tにk番目のコムモードのコムモード周波数とCWレーザの周波数が一致し、時刻tに(k―1)番目のコムモードのコムモード周波数とCWレーザの周波数が一致している。 A method for obtaining the time T n,cycle swept by the comb mode interval will be described below with reference to FIG. 10. As shown in FIG. 10(a), a CW laser having a frequency ν ref is made to interfere with the comb mode, and an interference signal is detected. The comb mode of the optical frequency comb is frequency swept, and an interference signal is detected when the comb mode frequency and the reference frequency match, and a signal such as that shown in FIG. 10(b) is obtained. According to FIG. 10(b), at time t 1 , the comb mode frequency of the kth comb mode matches the frequency of the CW laser, and at time t 2 , the comb mode frequency of the (k-1)th comb mode matches the frequency of the CW laser.

周波数νrefは、以下の2式を満たす。以下の2式は、それぞれ、時刻tにk番目のコムモードのコムモード周波数とCWレーザの周波数が一致する条件、及び時刻tに(k―1)番目のコムモードのコムモード周波数とCWレーザの周波数が一致する条件である。 The frequency v ref satisfies the following two equations, which respectively indicate the condition that the comb mode frequency of the k-th comb mode coincides with the frequency of the CW laser at time t1 and the condition that the comb mode frequency of the (k−1)-th comb mode coincides with the frequency of the CW laser at time t2 .

Figure 0007627487000010
Figure 0007627487000010

Figure 0007627487000011
時刻tは周波数掃引を開始する最初の時刻、ΔCW(t)は時刻tにおけるCWレーザの周波数の変化量、Δrep(t)は時刻tにおけるコムモード間隔周波数の変化量、frep(t)は時刻tにおけるコムモード間隔周波数、Kはコムモードの次数である。上2式より、時刻tにおけるコムモード間隔周波数frep(t)は以下の式から求めることが出来る。
Figure 0007627487000011
Time t0 is the first time when frequency sweeping starts, ΔCW (t) is the change in the CW laser frequency at time t, Δrep (t) is the change in the comb mode spacing frequency at time t, frep (t) is the comb mode spacing frequency at time t, and K is the order of the comb mode. From the above two equations, the comb mode spacing frequency frep ( t0 ) at time t0 can be calculated from the following equation.

Figure 0007627487000012
Figure 0007627487000012

コムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleは、次の式を満たし、 The time T n,cycle swept over the comb mode interval satisfies the following formula:

Figure 0007627487000013
図1に示すコムモード間隔測定部103によって測定される。図11に、本実施形態に係るコムモード間隔測定部103の構成の一例を示す。図11に示すコムモード間隔測定部103は、単一周波数発振CWレーザ光源装置1101、光方向性結合器1102、光検出器1103、RFバンドパスフィルタ(RFBPF)1104、アナログ―デジタルコンバータ1105、第2計算装置1106から構成される。
Figure 0007627487000013
The comb mode spacing is measured by the comb mode spacing measurement unit 103 shown in Fig. 1. Fig. 11 shows an example of the configuration of the comb mode spacing measurement unit 103 according to this embodiment. The comb mode spacing measurement unit 103 shown in Fig. 11 includes a single frequency oscillation CW laser light source device 1101, an optical directional coupler 1102, a photodetector 1103, an RF bandpass filter (RFBPF) 1104, an analog-digital converter 1105, and a second calculation unit 1106.

単一周波数発振CWレーザ光源装置1101から照射されたリファレンスのCWレーザ1107と、光方向性結合器1102において、光周波数コム122とを重ね合わせ、光検出器1103によって干渉信号を検出する。さらに、例えば10MHzのRFバンドパスフィルタ1104によって、CWレーザ1107と、光周波数コム122の周波数差が10MHz以内となったときの干渉信号のみを検出する。 The reference CW laser 1107 emitted from the single frequency oscillation CW laser light source device 1101 is superimposed on the optical frequency comb 122 in the optical directional coupler 1102, and an interference signal is detected by the photodetector 1103. Furthermore, for example, a 10 MHz RF bandpass filter 1104 detects only the interference signal when the frequency difference between the CW laser 1107 and the optical frequency comb 122 is within 10 MHz.

図12に、RFバンドパスフィルタ1104によって検出したk番目とk-1番目のコムモードに対応する干渉信号を示す。図12に示すk番目とk-1番目のコムモードに対応する干渉信号を拡大した図を図13に示す。図13(a)を参照すると、10MHzのRFバンドパスフィルタ1104によって、k番目のコムモードとCWレーザ1107の周波数差が―10MHzとなる時間の範囲(A)と10MHzとなる時間の範囲(C)に比較的強く干渉信号が現れ、k番目のコムモードとCWレーザ1107の周波数が一致する点(B)では干渉信号が消滅している。k-1番目のコムモードについても同様に、k-1番目のコムモードとCWレーザ1107の周波数が一致する点(E)を見積り、点(B)と点(E)から周波数掃引開始時のコムモード間隔周波数frep(t)を算出することができる。そして、算出されたコムモード間隔周波数を用いて、(数13)からコムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleを算出することが出来る。点(B)と点(E)からコムモード間隔分掃引された時間Tn,cycleを算出する処理は、第2計算装置1106において行われる。 FIG. 12 shows interference signals corresponding to the kth and k-1th comb modes detected by the RF bandpass filter 1104. FIG. 13 shows an enlarged view of the interference signals corresponding to the kth and k-1th comb modes shown in FIG. 12. Referring to FIG. 13(a), the 10 MHz RF bandpass filter 1104 causes a relatively strong interference signal to appear in the time range (A) where the frequency difference between the kth comb mode and the CW laser 1107 is −10 MHz and the time range (C) where the frequency difference is 10 MHz, and the interference signal disappears at the point (B) where the frequency of the kth comb mode and the CW laser 1107 match. Similarly, for the k-1th comb mode, the point (E) where the frequency of the k-1th comb mode and the CW laser 1107 match can be estimated, and the comb mode interval frequency f rep (t 0 ) at the start of the frequency sweep can be calculated from the points (B) and (E). Then, using the calculated comb mode interval frequency, the time T n,cycle swept by the comb mode interval can be calculated from (Equation 13). The process of calculating the time T n, cycle swept by the comb mode interval from points (B) and (E) is performed in the second calculation unit 1106.

以下に、実際の光周波数コム116の周波数掃引方法を説明する。本実施形態において、光周波数コム116の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行う。 The actual frequency sweep method of the optical frequency comb 116 is described below. In this embodiment, a sweep is performed to linearly increase the frequency of all comb modes of the optical frequency comb 116 with respect to time, while at the same time, a sweep is performed to linearly increase the frequency interval of all comb modes of the optical frequency comb 116 with respect to time.

光周波数コム116の、ゼロ周波数から数えてP番目のコムモードのコムモード周波数は次式のように書ける。 The comb mode frequency of the Pth comb mode of the optical frequency comb 116, counting from zero frequency, can be written as follows:

Figure 0007627487000014
また、CWレーザ113から数えてQ番目のコムモードのコムモード周波数は次式のように書ける。
Figure 0007627487000014
Further, the comb mode frequency of the Qth comb mode counted from the CW laser 113 can be written as follows:

Figure 0007627487000015
ここで、fCW=fCEO+Rfrepである(ただし、Q=P-R)。
Figure 0007627487000015
Here, f CW =f CEO +Rf rep , where Q=P-R.

光周波数コム発生器108として電気光学変調器を使用する場合、fCWの変化はfCEOの変化のみで実現する。RF発振器112から電気光学変調器111に入力する変調信号の周波数を変化させることは、frepを変化させることに対応する。一方、光周波数コム発生器108として微小共振器を使用する場合、微小共振器に取り付けたマイクロヒータ、圧電素子等による共鳴周波数の変化に合わせて、微小共振器に入射するCWレーザの周波数を変化させることは、fCEOとfrepを同時に変化させることに対応する。即ち、CWレーザの周波数を掃引させると、光周波数コム116の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる周波数掃引と、光周波数コム116の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる周波数掃引とが同時に行われる。 When an electro-optical modulator is used as the optical frequency comb generator 108, the change in f CW is realized by only changing f CEO . Changing the frequency of the modulation signal input from the RF oscillator 112 to the electro-optical modulator 111 corresponds to changing f rep . On the other hand, when a microresonator is used as the optical frequency comb generator 108, changing the frequency of the CW laser incident on the microresonator in accordance with the change in the resonant frequency caused by a microheater, a piezoelectric element, or the like attached to the microresonator corresponds to changing f CEO and f rep simultaneously. That is, when the frequency of the CW laser is swept, a frequency sweep that linearly increases all comb mode frequencies of the optical frequency comb 116 with respect to time and a frequency sweep that linearly increases the frequency intervals of all comb modes of the optical frequency comb 116 with respect to time are simultaneously performed.

図1に示すように光周波数コム発生器108として電気光学変調器を使用する場合、光周波数コム116の全てのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる周波数掃引は、以下のように行う。第1制御装置107によって電流コントローラ106を制御して、電流コントローラ106に接続されたCWレーザ光源装置105から電気光学変調器111に入力されるCWレーザの周波数を掃引することによって行う。光周波数コム116の全てのコムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる周波数掃引は、以下のように行う。第2制御装置109によってRF発振器112から電気光学変調器111に入力する変調信号の周波数を、時間に対して同じ割合で増加させるように制御する。 When an electro-optical modulator is used as the optical frequency comb generator 108 as shown in FIG. 1, a frequency sweep that linearly increases all comb mode frequencies of the optical frequency comb 116 with respect to time is performed as follows. This is performed by controlling the current controller 106 by the first control device 107 to sweep the frequency of the CW laser input to the electro-optical modulator 111 from the CW laser light source device 105 connected to the current controller 106. A frequency sweep that linearly increases the frequency intervals of all comb modes of the optical frequency comb 116 with respect to time is performed as follows. The second control device 109 controls the frequency of the modulation signal input from the RF oscillator 112 to the electro-optical modulator 111 so that it increases at the same rate with respect to time.

RF発振器112の発振周波数の掃引とCWレーザ113の周波数の掃引は同時に行う必要があるため、第1制御装置107と第2制御装置109による制御は、互いに同期をとりながら実行される。 Since the sweep of the oscillation frequency of the RF oscillator 112 and the sweep of the frequency of the CW laser 113 must be performed simultaneously, the controls by the first control device 107 and the second control device 109 are performed in synchronization with each other.

光周波数コム発生器108として微小共振器を使用する場合、第2制御装置109によって共鳴周波数制御機構を制御することによって、微小共振器の共鳴周波数をマイクロヒータ、圧電素子等により制御し、微小共振器の共鳴周波数の制御に同期して、第1制御装置107によって電流コントローラ106を制御することでCWレーザの周波数を制御し、光周波数コムの周波数掃引を行う。CWレーザの周波数fCWの変化量に対するfCEO+nfrepのすべてのコムモードにおける変化量の対応関係を予め測定しておく。この対応関係に基づき、全てのコムモードについてfCEO+nfrepが時間に対して線形的に増加するように、かつその増加率が全てのコムモードについて互いに異なる値となるようにCWレーザの周波数fCWを掃引し、それぞれのコムモードのライダー信号を得る。この対応関係に基づいてそれぞれのコムモードのライダー信号に対してTn,cycle=Tcycleとなるように、時間軸を補正する。時間軸が補正されたすべてのコムモードのライダー信号をコヒーレント結合し、ビート信号を算出することで対象体123までの距離を算出する。 When a microresonator is used as the optical frequency comb generator 108, the resonant frequency of the microresonator is controlled by a microheater, a piezoelectric element, or the like by controlling the resonant frequency control mechanism by the second control device 109, and the frequency of the CW laser is controlled by controlling the current controller 106 by the first control device 107 in synchronization with the control of the resonant frequency of the microresonator, thereby performing frequency sweeping of the optical frequency comb. The correspondence relationship between the change in the frequency f CW of the CW laser and the change in f CEO +nf rep in all comb modes is measured in advance. Based on this correspondence, the frequency f CW of the CW laser is swept so that f CEO +nf rep increases linearly with time for all comb modes, and the increase rate is different for all comb modes, and the lidar signal of each comb mode is obtained. Based on this correspondence, the time axis is corrected so that T n,cycle =T cycle for the lidar signal of each comb mode. The lidar signals of all the time-axis-corrected comb modes are coherently combined and a beat signal is calculated to calculate the distance to the target object 123.

以上のように距離を測定して得られたデータを図14に示す。図14に示すライダー信号は、光周波数コム116として電気光学変調器を用いて生成された光周波数コムを用いたときのものである。図14(a)には2番目と、3番目と、4番目のコムモードからのライダー信号をコヒーレント結合したライダー信号を示す。図14(b)には、2番目と3番目のコムモードからのライダー信号のコヒーレント結合点(F)を、図14(c)には、3番目と4番目のコムモードからのライダー信号のコヒーレント結合点(G)を示す。図15には、本実施形態に係る、FMコムライダーによる距離測定と、比較のために従来のFMCWライダーによる距離測定によるビート周波数の遅延を示す。図14(b)及び図14(c)に示すように、位相と強度のいずれについてもモード間のライダー信号の結合がなされている。また、図15に示すように、FMコムライダーによるビート周波数の遅延と、FMCWライダーによるビート周波数の遅延のデータの半値幅を比較すると、FMコムライダーによる半値幅がFMCWライダーによる半値幅の3分の1程度である。図15に示すように、従来のFMCWライダーによる距離測定と比較して、FMコムライダーによる距離測定では、約3倍程度の分解能が得られている。 The data obtained by measuring the distance as described above is shown in FIG. 14. The lidar signal shown in FIG. 14 is obtained when an optical frequency comb generated by an electro-optical modulator is used as the optical frequency comb 116. FIG. 14(a) shows a lidar signal obtained by coherently combining lidar signals from the second, third, and fourth comb modes. FIG. 14(b) shows the coherent combining point (F) of the lidar signals from the second and third comb modes, and FIG. 14(c) shows the coherent combining point (G) of the lidar signals from the third and fourth comb modes. FIG. 15 shows the beat frequency delays in distance measurement by the FM comb lidar according to the present embodiment and distance measurement by a conventional FMCW lidar for comparison. As shown in FIG. 14(b) and FIG. 14(c), the lidar signals are combined between the modes in terms of both phase and intensity. Also, as shown in Figure 15, when comparing the half-width of the beat frequency delay data by the FM comb lidar and the beat frequency delay data by the FMCW lidar, the half-width by the FM comb lidar is about one-third of that by the FMCW lidar. As shown in Figure 15, the distance measurement by the FM comb lidar has about three times the resolution compared to the distance measurement by the conventional FMCW lidar.

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 The present invention naturally includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is determined only by the invention-specific matters related to the scope of the claims that are appropriate from the above explanation.

10 ライダー装置
101 レーザ制御部
102 周波数変化測定部
103 コムモード間隔測定部
104 ライダー部
105、1601、1801 CWレーザ光源装置
106 電流コントローラ
107 第1制御装置
108 光周波数コム発生器
109 第2制御装置
110 第1光方向性結合器
111 電気光学変調器
112 RF発振器
113~115、215、216、1107、1609 CWレーザ
116、118、119、121、122、219、220、307、308、1803、1804、1805 光周波数コム
117 第2光方向性結合器
120 第3光方向性結合器
123、1605 対象体
201 2波長アンバランスマッハツェンダ―干渉計
202 光バンドパスフィルタ(BPF)
203、204 第1、第2光検出器
205、206 第1、第2アナログ―デジタルコンバータ(ADC)
210 信号処理装置
211 第1導波路
212 第2導波路
213 第4光方向性結合器
214 第5光方向性結合器
217、221、310、1617、1807 出力光
301 第6光方向性結合器
302、1603 サーキュレータ
303 第7光方向性結合器
304、1103 光検出器
305 アナログ―デジタルコンバータ(ADC)
306、1408 計算装置
309、1613~1615、1806 散乱光
1101 単一周波数発振CWレーザ光源装置
1102、1606 光方向性結合器
1104 RFバンドパスフィルタ
1105 アナログ―デジタルコンバータ
1106 第2計算装置
1602、1606 光方向性結合器
1604 角度掃引機構
1608 計算装置
1610、1612、1616 参照光
1618 干渉信号
180 距離測定装置
1802 光周波数コム発生装置
1805 波長分解素子
18061~1806n 第1~第n光検出器
10 LIDAR device 101 Laser control unit 102 Frequency change measurement unit 103 Comb mode spacing measurement unit 104 LIDAR unit 105, 1601, 1801 CW laser light source device 106 Current controller 107 First control device 108 Optical frequency comb generator 109 Second control device 110 First optical directional coupler 111 Electro-optical modulator 112 RF oscillator 113 to 115, 215, 216, 1107, 1609 CW laser 116, 118, 119, 121, 122, 219, 220, 307, 308, 1803, 1804, 1805 Optical frequency comb 117 Second optical directional coupler 120 Third optical directional coupler 123, 1605 Object 201 Two-wavelength unbalanced Mach-Zehnder interferometer 202 Optical bandpass filter (BPF)
203, 204: first and second photodetectors; 205, 206: first and second analog-to-digital converters (ADCs);
210 Signal processing device 211 First waveguide 212 Second waveguide 213 Fourth optical directional coupler 214 Fifth optical directional coupler 217, 221, 310, 1617, 1807 Output light 301 Sixth optical directional coupler 302, 1603 Circulator 303 Seventh optical directional coupler 304, 1103 Photodetector 305 Analog-to-digital converter (ADC)
306, 1408 Calculation device 309, 1613 to 1615, 1806 Scattered light 1101 Single frequency oscillation CW laser light source device 1102, 1606 Optical directional coupler 1104 RF band pass filter 1105 Analog-digital converter 1106 Second calculation device 1602, 1606 Optical directional coupler 1604 Angle sweep mechanism 1608 Calculation device 1610, 1612, 1616 Reference light 1618 Interference signal 180 Distance measurement device 1802 Optical frequency comb generator 1805 Wavelength resolution elements 18061 to 1806n 1st to nth photodetectors

Claims (14)

CWレーザ光源装置から発振されるCWレーザから光周波数コムを生成し、前記光周波数コムのコムモード周波数を周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引するレーザ制御部と、
前記CWレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定する周波数変化測定部と、
前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するコムモード間隔測定部と、
前記光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と前記光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出し、前記対象体までの距離を算出するライダー部と
を備え、前記レーザ制御部は、前記光周波数コムの前記コムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引を行い、
前記ライダー部は、前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得、前記離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成し、前記生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、前記各コムモード毎の前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正し、補正した前記各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて前記距離を算出することを特徴とするライダー装置。
a laser control unit that generates an optical frequency comb from a CW laser oscillated from a CW laser light source device and sweeps a comb mode frequency of the optical frequency comb by a frequency interval of the comb mode at a time when a frequency sweep is started ;
a frequency change measurement unit that measures a sweep amount of the frequency of the CW laser and a sweep amount of a comb mode frequency of the optical frequency comb;
a comb mode interval measurement unit that calculates, for each comb mode, a time required to sweep the comb mode frequency of the optical frequency comb by a frequency interval of the comb mode at a time when the frequency sweep is started ;
and a lidar unit that detects an interference signal between scattered light resulting from irradiation of the optical frequency comb on an object and mixed light of the optical frequency comb using a single photodetector, and calculates a distance to the object, wherein the laser control unit performs a sweep that linearly increases the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time, and simultaneously performs a sweep that linearly increases the frequency interval of the comb mode of the optical frequency comb with respect to time,
the LIDAR unit performs a Fourier transform on a LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain discrete signals in the frequency domain, performs a Fourier transform on each of the discrete signals individually to generate a LIDAR signal for each comb mode, corrects the time axis of the generated LIDAR signal for each comb mode so that the times for sweeping by the frequency interval of the comb mode at the time when the frequency sweep for each comb mode is started are all the same, and calculates the distance using a beat signal obtained by coherently combining and Fourier transforming the corrected LIDAR signals for each comb mode.
前記レーザ制御部は、電気光学変調器と、前記電気光学変調器に変調信号を入力するRF発振器と、前記CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、
前記電気光学変調器に前記CWレーザを入力して前記光周波数コムを生成し、
前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引は、前記電流コントローラを制御して前記CWレーザの周波数を制御することによって実行し、
前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引は、前記RF発振器を制御して前記変調信号を制御することによって実行することを特徴とする請求項1に記載のライダー装置。
the laser control unit includes an electro-optic modulator, an RF oscillator that inputs a modulation signal to the electro-optic modulator, and a current controller connected to the CW laser light source device;
inputting the CW laser into the electro-optic modulator to generate the optical frequency comb;
Sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb linearly with respect to time is performed by controlling the current controller to control the frequency of the CW laser;
2. The lidar device according to claim 1, wherein the sweep that linearly increases the frequency spacing of the comb modes of the optical frequency comb with respect to time is performed by controlling the RF oscillator to control the modulation signal.
前記レーザ制御部は、微小共振器と、前記微小共振器の共鳴周波数を制御する共鳴周波数制御機構と、前記CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラとを備え、
前記微小共振器に前記CWレーザを入力して前記光周波数コムを生成し、
前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引とは、前記電流コントローラを制御して前記CWレーザの周波数を制御することと、前記共鳴周波数制御機構を制御して前記共鳴周波数を制御することによって実行することを特徴とする請求項1に記載のライダー装置。
the laser control unit includes a microresonator, a resonance frequency control mechanism that controls a resonance frequency of the microresonator, and a current controller connected to the CW laser light source device;
inputting the CW laser into the microresonator to generate the optical frequency comb;
2. The lidar device of claim 1, wherein the sweeping of the comb mode frequencies of the optical frequency comb linearly increasing with time and the sweeping of the frequency spacing of the comb modes of the optical frequency comb linearly increasing with time are performed by controlling the current controller to control the frequency of the CW laser and by controlling the resonant frequency control mechanism to control the resonant frequency.
前記共鳴周波数制御機構は、前記微小共振器に取り付けたマイクロヒータであることを特徴とする請求項3に記載のライダー装置。 The lidar device according to claim 3, characterized in that the resonant frequency control mechanism is a microheater attached to the microresonator. 前記周波数変化測定部は、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して前記CWレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のライダー装置。 The lidar device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the frequency change measurement unit uses an unbalanced Mach-Zehnder interferometer to measure the frequency sweep amount of the CW laser and the comb mode frequency sweep amount of the optical frequency comb. 前記コムモード間隔測定部は、単一周波数発振CWレーザ光源装置と、第2光検出器と、RFバンドパスフィルタとを備え、
前記単一周波数発振CWレーザ光源装置から第2CWレーザと前記光周波数コムとの干渉信号を前記第2光検出器によって検出し、前記RFバンドパスフィルタによって取り出した前記光周波数コムのコムモード周波数と前記第2CWレーザの周波数が一致するときの信号から前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のライダー装置。
the comb mode spacing measurement unit includes a single frequency oscillation CW laser light source device, a second photodetector, and an RF bandpass filter;
A lidar device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an interference signal between a second CW laser and the optical frequency comb from the single frequency oscillation CW laser light source device is detected by the second photodetector, and a time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by the frequency interval of the comb mode at the time the frequency sweep is started is calculated for each comb mode from a signal when the comb mode frequency of the optical frequency comb extracted by the RF bandpass filter matches the frequency of the second CW laser.
前記周波数変化測定部によって測定した前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量の時間変化を用いて、
前記ライダー部が、前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の前記離散的な信号を得る際、前記干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のライダー装置。
Using the time change in the sweep amount of the comb mode frequency of the optical frequency comb measured by the frequency change measurement unit,
A LIDAR device as described in any one of claims 1 to 6, characterized in that when the LIDAR unit performs a Fourier transform on the LIDAR signal calculated from the interference signal to obtain the discrete signal in the frequency domain, the LIDAR unit corrects the time axis of the LIDAR signal calculated from the interference signal and performs correction for signal variations caused by nonlinearity of frequency sweep.
CWレーザ光源装置から発振されるCWレーザから光周波数コムを生成するステップと、
前記光周波数コムのコムモード周波数を、時間に対して線形的に増加させる掃引と同時に、前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引によって周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引するステップと、
前記CWレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップと、
前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと、
前記光周波数コムを対象体に照射したことによる散乱光と前記光周波数コムとの混合光の干渉信号を単一の光検出器によって検出するステップと、
前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップと、
前記離散的な信号のそれぞれを個別にフーリエ変換して各コムモード毎のライダー信号を生成するステップと、
前記生成した各コムモード毎のライダー信号の時間軸を、前記各コムモード毎の前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間をすべて同一の時間となるように補正するステップと、
補正した前記各コムモード毎のライダー信号をコヒーレント結合してフーリエ変換して得られたビート信号を用いて距離を算出するステップと
を備えたことを特徴とするライダー制御方法。
generating an optical frequency comb from a CW laser oscillated from a CW laser source device;
a step of sweeping a comb mode frequency of the optical frequency comb in a linearly increasing manner with time and simultaneously sweeping a frequency interval of the comb mode of the optical frequency comb in a linearly increasing manner with time by a frequency interval of the comb mode at a time when a frequency sweep is to be started ;
measuring a frequency sweep of the CW laser and a comb mode frequency sweep of the optical frequency comb;
calculating, for each comb mode, a time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by a frequency interval of the comb mode at a time when the frequency sweep is started ;
Detecting an interference signal between scattered light resulting from irradiating an object with the optical frequency comb and the optical frequency comb using a single photodetector;
performing a Fourier transform on a lidar signal calculated from the interference signal to obtain a discrete signal in the frequency domain;
individually Fourier transforming each of the discrete signals to generate a lidar signal for each comb mode;
correcting a time axis of the generated LIDAR signal for each comb mode so that the time for sweeping the frequency interval of the comb mode at the time when the frequency sweep for each comb mode is started is the same for all the comb modes;
and calculating a distance using a beat signal obtained by coherently combining and Fourier transforming the corrected LIDAR signals for each comb mode.
前記光周波数コムを生成するステップは、電気光学変調器に前記CWレーザを入力して前記光周波数コムを生成するステップを含み、
前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引するステップは、
前記CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御して前記CWレーザの周波数を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と、
前記電気光学変調器に変調信号を入力するRF発振器を制御して前記変調信号を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引と
を同時に実行するステップを含むことを特徴とする請求項8に記載のライダー制御方法。
generating the optical frequency comb includes inputting the CW laser into an electro-optic modulator to generate the optical frequency comb;
The step of sweeping the frequency by a frequency interval of a comb mode at a time when the frequency sweep is started includes:
a sweep in which the comb mode frequency of the optical frequency comb increases linearly with time by controlling a current controller connected to the CW laser light source device to control a frequency of the CW laser;
and a sweep in which the frequency spacing of the comb modes of the optical frequency comb increases linearly with time by controlling an RF oscillator that inputs a modulation signal to the electro-optical modulator to control the modulation signal.
前記光周波数コムを生成するステップは、微小共振器に前記CWレーザを入力して前記光周波数コムを生成するステップを含み、
前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引するステップは、
前記CWレーザ光源装置に接続された電流コントローラを制御して前記CWレーザの周波数を制御することと、前記微小共振器の共鳴周波数を制御することによって前記光周波数コムの前記コムモード周波数を時間に対して線形的に増加させる掃引と
前記光周波数コムの前記コムモードの周波数間隔を時間に対して線形的に増加させる掃引と
を同時に実行するステップを含むことを特徴とする請求項8に記載のライダー制御方法。
generating the optical frequency comb includes inputting the CW laser into a microresonator to generate the optical frequency comb;
The step of sweeping the frequency by a frequency interval of a comb mode at a time when the frequency sweep is started includes:
The lidar control method according to claim 8, further comprising the steps of: controlling a current controller connected to the CW laser light source device to control a frequency of the CW laser; and simultaneously performing a sweep to linearly increase the comb mode frequency of the optical frequency comb with respect to time by controlling a resonant frequency of the microresonator; and a sweep to linearly increase a frequency interval of the comb modes of the optical frequency comb with respect to time.
前記微小共振器の前記共鳴周波数の制御は、前記微小共振器に取り付けたマイクロヒータによって実行されることを特徴とする請求項10に記載のライダー制御方法。 The lidar control method according to claim 10, characterized in that the control of the resonant frequency of the microresonator is performed by a microheater attached to the microresonator. 前記CWレーザの周波数の掃引量及び前記光周波数コムのコムモード周波数の掃引量を測定するステップは、アンバランスマッハツェンダ―干渉計を使用して実行されることを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載のライダー制御方法。 The lidar control method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the step of measuring the frequency sweep amount of the CW laser and the comb mode frequency sweep amount of the optical frequency comb is performed using an unbalanced Mach-Zehnder interferometer. 前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップは、
第2CWレーザと前記光周波数コムとの干渉信号を検出するステップと、
RFバンドパスフィルタによって前記光周波数コムのコムモード周波数と前記第2CWレーザの周波数が一致するときの信号を取り出すステップと、
前記取り出した信号から、前記光周波数コムの前記コムモード周波数を前記周波数掃引を開始する時刻におけるコムモードの周波数間隔分掃引する時間を各コムモード毎に算出するステップと
を含むことを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載のライダー制御方法。
The step of calculating, for each comb mode, a time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by a frequency interval of the comb mode at a time when the frequency sweep is started ,
detecting an interference signal between a second CW laser and the optical frequency comb;
extracting a signal when a comb mode frequency of the optical frequency comb and a frequency of the second CW laser coincide with each other by using an RF bandpass filter;
13. A lidar control method according to any one of claims 8 to 12, further comprising a step of calculating, for each comb mode, from the extracted signal, a time for sweeping the comb mode frequency of the optical frequency comb by a frequency interval of the comb mode at a time when the frequency sweep is started.
前記干渉信号から算出したライダー信号をフーリエ変換して周波数領域上の離散的な信号を得るステップは、前記干渉信号から算出したライダー信号の時間軸を補正し、周波数掃引の非線形性に起因する信号のばらつきに対する補正を行うステップを含むことを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載のライダー制御方法。

A lidar control method according to any one of claims 8 to 13, characterized in that the step of performing a Fourier transform on the lidar signal calculated from the interference signal to obtain a discrete signal in the frequency domain includes a step of correcting the time axis of the lidar signal calculated from the interference signal and correcting for signal variations caused by nonlinearity of the frequency sweep.

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