CN117460946A - 光传感器装置 - Google Patents

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Abstract

光传感器装置(1000)中的信号处理装置(9)根据由模拟数字转换器(7)转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算成为针对波长扫描光源(1)输出的光的频率变动的基准的第1频率变动基准信号数据，数字模拟转换器(8)将信号处理装置(9)计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为第1时钟信号，模拟数字转换器(7)与数字模拟转换器(8)生成的第1频率变动基准信号同步地，对光外差接收器(6)取得的接收信号进行采样。

Description

光传感器装置
技术领域
本发明涉及光传感器装置。
背景技术
采用了波长扫描干涉方式的波长扫描型光干涉断层计(SS-OCT：Swept Source-OCT)将频率随着时间的经过而变化的波长扫描光分支为信号光和参考光。SS-OCT使分支后的信号光朝向测定对象出射，接收由该测定对象反射后的信号光，使接收到的信号光与分支后的参考光发生干涉，产生干涉光，由此取得差拍信号。SS-OCT测定所取得的差拍信号的频率，由此测定从光源到测定对象为止的距离。
在上述这种SS-OCT以宽带扫描光的频率的情况下，波长扫描光的频率的时间变化未示出理想的线性而示出非线性，因此，上述的距离分辨率劣化。因此，专利文献1记载的光学距离测定装置对这种波长扫描光的非线性进行补偿。更详细地讲，该光学距离测定装置使用频率调制波形已知的激光光源，通过数字信号处理，根据已知的频率调制波形对差拍信号进行回归分析，由此对波长扫描光的非线性进行补偿。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/230474号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1的方法中，在每次测定时需要用于对波长扫描光的非线性进行补偿的回归分析，存在信号处理负荷变大这样的问题。
本发明正是为了解决上述这种问题点而完成的，提供减轻由于对波长扫描光的非线性进行补偿而产生的信号处理负荷的技术。
用于解决课题的手段
本发明的光传感器装置具有：波长扫描光源，其输出频率随着时间的经过而变化的光；光分支器，其使波长扫描光源1输出的光分支为信号光和本振光；光传感器头，其使光分支器分支后的信号光朝向测定对象出射，接收由该测定对象反射后的反射光；光外差接收器，其对光分支器分支后的本振光和光传感器头接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的接收信号；模拟数字转换器，其对光外差接收器取得的接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号；第1数字模拟转换器，其生成模拟数字转换器的第1时钟信号；以及信号处理装置，其根据由模拟数字转换器转换成数字信号后的接收信号，计算与测定对象有关的测定数据，光外差接收器对光分支器分支后的本振光和光分支器分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号，模拟数字转换器对光外差接收器取得的内部接收信号进行采样，由此进一步将其转换成数字信号，信号处理装置根据由模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算成为针对波长扫描光源输出的光的频率变动的基准的第1频率变动基准信号数据，第1数字模拟转换器将所述信号处理装置计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为第1时钟信号，模拟数字转换器与第1数字模拟转换器生成的第1频率变动基准信号同步地，对光外差接收器取得的接收信号进行采样。
发明效果
根据本发明，减轻由于对波长扫描光的非线性进行补偿而产生的信号处理负荷。
附图说明
[图1]是示出实施方式1的光传感器装置的结构的框图。
[图2]是用于说明波长扫描光的频率示出线性的情况下的光传感器进行的信号处理的具体例的曲线图。
[图3]是用于说明不对非线性进行补偿的情况下的光传感器装置进行的信号处理的具体例的曲线图。
[图4]是用于说明实施方式1的光传感器装置进行的、针对内部反射光的信号处理的具体例的曲线图。
[图5]是用于说明实施方式1的光传感器装置进行的、针对反射光的信号处理的具体例的曲线图。
[图6]是示出实施方式2的光传感器装置的结构的框图。
[图7]是用于说明实施方式2的光传感器装置进行的、针对内部反射光的信号处理的具体例的曲线图。
[图8]是用于说明实施方式2的光传感器装置进行的、针对反射光的信号处理的具体例的曲线图。
[图9]是示出实施方式3的光传感器装置的结构的框图。
[图10]是用于说明实施方式3的光传感器装置进行的、对接收信号和内部接收信号进行分离的方法的具体例的曲线图。
[图11]是示出实施方式4的光传感器装置的结构的框图。
[图12]是示出实施方式4的具体例中的光外差接收器对本振光和内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的内部接收信号的频率的时间变化的曲线图。
[图13]图13A是示出实现实施方式1～4的信号处理装置的功能的硬件结构的框图。图13B是示出执行实现实施方式1～4的信号处理装置的功能的软件的硬件结构的框图。
具体实施方式
下面，为了更加详细地说明本发明，按照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1
图1是示出实施方式1的光传感器装置1000的结构的框图。如图1所示，光传感器装置1000具有波长扫描光源1、光分支器2、光循环器3、参考反射点4、光传感器头5、光外差接收器6、模拟数字转换器7(ADC)、数字模拟转换器8(DAC)(第1数字模拟转换器)、信号处理装置9、基准时钟10、分支器11、锁相环12(PLL)和开关13。
波长扫描光源1将频率随着时间的经过而变化的光(波长扫描光)输出到光分支器2。即，波长扫描光源1进行频率扫描(波长扫描)。换言之，波长扫描光源1将波长随着时间的经过而变化的光输出到光分支器2。
例如，作为波长扫描光源1，能够使用通过控制谐振器长度而能够进行波长控制的激光光源、或波长根据注入电流量而变化的激光光源等。例如，波长扫描光源1通过进行频率扫描，可以输出交替地重复连续三角波的上啁啾和下啁啾的光，可以输出重复锯齿波的上啁啾的光，或者可以输出重复锯齿波的下啁啾的光，也可以输出被脉冲化的上啁啾或下啁啾的啁啾脉冲信号。
光分支器2使波长扫描光源输出的光分支为信号光和本振光。光分支器2将分支后的信号光输出到光循环器3，将分支后的本振光输出到光外差接收器6(图1的22)。
光循环器3将光分支器2分支后的信号光输出到参考反射点4。
参考反射点4使光分支器2分支后的信号光部分地反射而进行内部反射。更详细地讲，在实施方式1中，参考反射点4使光循环器3输出的信号光部分地反射而进行内部反射。由参考反射点4被进行内部反射后的内部反射光经由光循环器3输出到光外差接收器6。通过参考反射点4后的信号光输出到光传感器头5。作为参考反射点4的例子，可举出部分反射镜或连接器端面。
光传感器头5使光分支器2分支后的信号光(图1的51)朝向测定对象999出射，接收由测定对象999反射后的反射光(图1的51)。更详细地讲，在实施方式1中，光传感器头5使通过参考反射点4后的信号光(图1的51)朝向测定对象999出射，接收由测定对象999反射后的反射光(图1的51)。光传感器头5将接收到的反射光经由参考反射点4和光循环器3输出到光外差接收器6(图1的31)。
另外，如上所述，光循环器3将从光分支器2侧输入的信号光(图1的21)输出到参考反射点4，将从参考反射点4侧输入的反射光或内部反射光(图1的31)输出到光外差接收器6。
光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光(图1的22)和光传感器头5接收到的反射光(图1的31)进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的接收信号(差拍信号)。即，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光(图1的22)和光传感器头5接收到的反射光(图1的31)进行外差处理。另外，光外差接收器6例如使用光电二极管(PD)对合波后的光进行光电转换。
另一方面，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光(图1的22)和光分支器2分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光(图1的31)进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号。更详细地讲，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光(图1的22)和由参考反射点4反射后的内部反射光(图1的31)进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号。光外差接收器6将取得的接收信号和内部接收信号(图1的61)分别输出到模拟数字转换器7。
基准时钟10生成基准时钟信号。基准时钟10将生成的基准时钟信号输出到分支器11。分支器11将基准时钟10生成的基准时钟信号分支到信号处理装置9和锁相环12。
锁相环12(PLL)生成模拟数字转换器7的第2时钟信号。更详细地讲，在实施方式1中，锁相环12与分支器11分支后的基准时钟信号同步地，生成模拟数字转换器7的第2时钟信号。锁相环12将生成的第2时钟信号(图1的121)输出到数字模拟转换器8，此外，将生成的第2时钟信号(图1的122)输出到开关13。
数字模拟转换器8(DAC)生成模拟数字转换器7的第1时钟信号。更详细地讲，数字模拟转换器8与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，生成模拟数字转换器7的第1时钟信号。数字模拟转换器8将生成的第1时钟信号(图1的81)输出到开关13。第1时钟信号的详细情况在后面叙述。
另外，如上所述，在实施方式1中，对数字模拟转换器8与锁相环12生成的第2时钟信号同步地生成模拟数字转换器7的第1时钟信号的结构进行说明。但是，光传感器装置1000也可以另外还具有生成时钟的电路，数字模拟转换器8也可以与该电路生成的时钟同步地生成模拟数字转换器7的第1时钟信号。即，第1时钟信号的频率和第2时钟信号的频率不需要同步。
开关13将模拟数字转换器7的时钟信号切换成数字模拟转换器8生成的第1时钟信号或锁相环12生成的第2时钟信号中的任意一方。例如，在光传感器装置1000取得后述的第1频率变动基准信号数据时，开关13将模拟数字转换器7的时钟信号切换成锁相环12生成的第2时钟信号。例如，在光传感器装置1000取得与后述的测定对象999有关的测定数据时，开关13将模拟数字转换器7的时钟信号切换成数字模拟转换器8生成的第1时钟信号。
模拟数字转换器7对光外差接收器6取得的内部接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号。更详细地讲，在实施方式1中，模拟数字转换器7与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，对光外差接收器6取得的内部接收信号进行采样。更详细地讲，在实施方式1中，模拟数字转换器7与开关13切换后的第2时钟信号同步地，对光外差接收器6取得的内部接收信号进行采样。模拟数字转换器7将转换成数字信号后的内部接收信号(图1的71)输出到信号处理装置9。
信号处理装置9根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号，计算成为针对波长扫描光源1输出的光的频率变动的基准的第1频率变动基准信号数据。
更详细地讲，在实施方式1中，信号处理装置9与分支器11分支后的基准时钟信号同步地，根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号计算第1频率变动基准信号数据。信号处理装置9将计算出的第1频率变动基准信号数据输出到数字模拟转换器8(图1的91)。更详细地讲，信号处理装置9将计算出的第1频率变动基准信号数据存储于未图示的存储器，该存储器将存储着的第1频率变动基准信号数据输出到数字模拟转换器8。第1频率变动基准信号数据的详细情况在后面叙述。
数字模拟转换器8将信号处理装置9计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为上述的第1时钟信号。更详细地讲，在实施方式1中，数字模拟转换器8与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，将信号处理装置9计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为上述的第1时钟信号。数字模拟转换器8将生成的第1频率变动基准信号输出到开关13。
模拟数字转换器7(ADC)对光外差接收器6取得的接收信号进行采样，由此进一步将其转换成数字信号。更详细地讲，模拟数字转换器7与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，对光外差接收器6取得的接收信号进行采样。更详细地讲，在实施方式1中，模拟数字转换器7与开关13切换后的第1频率变动基准信号同步地，对光外差接收器6取得的接收信号进行采样。模拟数字转换器7将转换成数字信号后的接收信号(图1的71)输出到信号处理装置9。
信号处理装置9根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的接收信号，计算与测定对象999有关的测定数据。信号处理装置9将计算出的测定数据输出到外部(图1的92)。虽然没有图示，但是，光传感器装置1000也可以还具有将计算出的测定数据显示为图像的显示装置。作为信号处理装置9计算的测定数据的例子，可举出表示从光传感器装置1000到测定对象999为止的距离的信息或表示测定对象999的位置的信息等。
下面，参照附图对实施方式1的光传感器装置1000进行的、对波长扫描光的非线性进行补偿的方法的具体例进行说明。首先，为了进行比较对照，对波长扫描光的频率示出线性的情况的例子进行说明。图2是用于说明波长扫描光的频率示出线性的情况下的光传感器装置1000进行的信号处理的具体例的曲线图。即，在该具体例中，波长扫描光源1输出示出线性的波长扫描光(例如线性的上啁啾等)。
图2的(a)是示出光分支器2分支后的本振光的频率的时间变化(虚线)和光传感器头5从测定对象999接收到的反射光的频率的时间变化(实线)的曲线图。图2的(b)是示出光外差接收器6对本振光和反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的接收信号(差拍A)的频率(外差频率)的时间变化的曲线图。图2的(c)是示出信号处理装置9对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的接收信号进行高速傅里叶变换(FFT)的结果即频谱的曲线图。
如该具体例那样，在波长扫描光源1输出的波长扫描光的频率示出理想的线性的情况下，如图2的(a)所示，本振光与由测定对象999反射后的反射光之间的时间延迟A固定，如图2的(b)所示，通过对它们进行合波而得到的差拍信号即差拍A的频率也固定。因此，如图2的(c)所示，基于差拍A的频谱在特定的频率中示出尖锐的峰值。由此，信号处理装置9能够根据包含该特定的频率的FFT bin编号来计算测定对象的位置信息。
接着，为了进行比较对照，对波长扫描光的频率示出非线性但是光传感器装置1000不对非线性进行补偿的情况的例子进行说明。图3是用于说明不对非线性进行补偿的情况下的光传感器装置1000进行的信号处理的具体例的曲线图。即，在该具体例中，波长扫描光源1输出示出非线性的波长扫描光(例如线性的上啁啾等)。此外，在该具体例中，如上所述，模拟数字转换器7不与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，而与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，对光外差接收器6取得的接收信号进行采样。
图3的(a)是示出该具体例中的光分支器2分支后的本振光的频率的时间变化(虚线)和光传感器头5从测定对象999接收到的反射光的频率的时间变化(实线)的曲线图。图3的(b)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的接收信号(差拍A)的频率(外差频率)的时间变化的曲线图。图3的(c)是示出该具体例中的信号处理装置9对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的接收信号进行高速傅里叶变换(FFT)的结果即频谱的曲线图。
如该具体例那样，在波长扫描光源1输出的波长扫描光的频率示出非线性的情况下，如图3的(a)所示，本振光的频率和由测定对象999反射后的反射光的频率分别示出曲线，本振光与由测定对象999反射后的反射光之间的时间延迟A随着时间的经过而变化。因此，如图3的(b)所示，通过对它们进行合波而得到的差拍信号即差拍A的频率也随着时间的经过而变化。因此，如图3的(c)所示，基于差拍A的频谱在频率轴方向上扩展，测定对象的位置测定的分辨率降低。
接着，对实施方式1的光传感器装置1000进行的信号处理的具体例进行说明。即，对波长扫描光的频率示出非线性，光传感器装置1000对非线性进行补偿的结构的具体例进行说明。
首先，在遮断了从测定对象999反射的反射光的状态下，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和由参考反射点4反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的内部接收信号。模拟数字转换器7与开关13切换后的第2时钟信号(锁相环12生成的第2时钟信号)同步地，对光外差接收器6取得的内部接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号。
信号处理装置9根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号，计算第1频率变动基准信号数据，将其存储于未图示的存储器。例如，信号处理装置9对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号进行希尔伯特变换，由此计算该内部接收信号的瞬时频率，对计算出的瞬时频率进行倍增，由此计算第1频率变动基准信号数据。更具体而言，例如，信号处理装置9对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号进行希尔伯特变换，由此计算该内部接收信号的瞬时频率fref(t)，对计算出的瞬时频率fref(t)进行K倍倍增，由此计算频率分量Kfref(t)的第1频率变动基准信号数据。另外，这里的K是正整数。
数字模拟转换器8将信号处理装置9计算且存储于未图示的存储器的第1频率变动基准信号数据转化为模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为第1时钟信号。
在该具体例中，模拟数字转换器7与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，分别对光外差接收器6取得的上述的内部接收信号和上述的接收信号进行采样，由此将它们分别转换成数字信号。另外，这里的内部接收信号是光外差接收器6再次取得的信号。此外，如上所述，这里的接收信号是光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和光传感器头5接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换而作为电信号取得的信号。
在该具体例中，信号处理装置9针对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号和接收信号，分别进行高速傅里叶变换(FFT)。
图4是用于说明实施方式1的光传感器装置1000进行的、针对内部反射光的信号处理的具体例的曲线图。图4的(a)是示出该具体例中的光分支器2分支后的本振光的频率的时间变化(虚线)和由参考反射点4反射后的内部反射光的频率的时间变化(点划线)的曲线图。
图4的(b)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的内部接收信号(差拍B)的频率(外差频率)的时间变化(点划线)的曲线图。另外，图4的(b)的单点划线示出第1频率变动基准信号。
图4的(c)是示出该具体例中的信号处理装置9对内部接收信号进行高速傅里叶变换的结果即频谱(虚线)的曲线图。另外，这里的内部接收信号是光外差接收器6再次取得，模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地进行采样而将其转换成数字信号而得到的信号。此外，图4的(c)的点划线示出模拟数字转换器7与上述的锁相环12的第2时钟信号同步地对内部接收信号进行采样而将其转换成数字信号的情况下的频谱。
如图4的(a)所示，本振光的频率和由参考反射点4反射后的内部反射光的频率分别示出曲线，本振光与内部反射光之间的时间延迟B随着时间的经过而变化。因此，如图4的(b)的点划线所示，通过对它们进行合波而得到的差拍信号即差拍B的频率也与图3的(b)的差拍A同样随着时间的经过而变化。但是，在该具体例中，模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地对内部接收信号进行采样，由此对波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图4的(c)的虚线所示，抑制频谱的扩展。
图5是用于说明实施方式1的光传感器装置1000进行的、针对反射光的信号处理的具体例的曲线图。图5的(a)是示出该具体例中的光分支器2分支后的本振光的频率的时间变化(虚线)和光传感器头5从测定对象999接收到的反射光的频率的时间变化(实线)的曲线图。
图5的(b)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的接收信号(差拍A)的频率(外差频率)的时间变化(实线)的曲线图。另外，图5的(b)的单点划线表示第1频率变动基准信号。
图5的(c)是示出该具体例中的信号处理装置9对接收信号进行高速傅里叶变换的结果即频谱(虚线)的曲线图。这里的接收信号是模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地进行采样而将其转换成数字信号而得到的信号。此外，图5的(c)的实线示出模拟数字转换器7与上述的锁相环12的第2时钟信号同步地对接收信号进行采样而将其转换成数字信号的情况下的频谱。
如图5的(a)所示，本振光的频率和光传感器头5从测定对象999接收到的反射光的频率分别示出曲线，本振光与反射光之间的时间延迟A随着时间的经过而变化。因此，如图5的(b)的实线所示，通过对它们进行合波而得到的差拍信号即差拍A的频率也随着时间的经过而变化。但是，在该具体例中，模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地对接收信号进行采样，由此对波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图5的(c)的虚线所示，抑制频谱的扩展。由此，信号处理装置9能够根据FFT bin编号来计算测定对象的位置信息。
如上所述，在实施方式1中，采用以根据内部反射光预先计算出的第1频率变动基准信号数据为基准进行采样的结构，由此能够实现简便且减少了测定时的信号处理负荷的高精度的光传感器装置1000。
如上所述，实施方式1的光传感器装置1000具有：波长扫描光源1，其输出频率随着时间的经过而变化的光；光分支器2，其使波长扫描光源1输出的光分支为信号光和本振光；光传感器头5，其使光分支器2分支后的信号光朝向测定对象出射，接收由该测定对象反射后的反射光；光外差接收器6，其对光分支器2分支后的本振光和光传感器头5接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的接收信号；模拟数字转换器7，其对光外差接收器6取得的接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号；数字模拟转换器8，其生成模拟数字转换器7的第1时钟信号；以及信号处理装置9，其根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的接收信号，计算与测定对象有关的测定数据，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和光分支器2分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号，模拟数字转换器7对光外差接收器6取得的内部接收信号进行采样，由此进一步将其转换成数字信号，信号处理装置9根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算成为针对波长扫描光源1输出的光的频率变动的基准的第1频率变动基准信号数据，数字模拟转换器8将信号处理装置9计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为第1时钟信号，模拟数字转换器7与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，对光外差接收器6取得的接收信号进行采样。
根据上述的结构，与来源于内部接收信号的第1频率变动基准信号同步地，对来源于来自测定对象的反射光的接收信号进行采样，由此能够对波长扫描光的非线性进行补偿。由此，在每次测定时，不需要用于对波长扫描光的非线性进行补偿的信号处理，因此，能够减轻由于对信号处理波长扫描光的非线性进行补偿而产生的信号处理负荷。
实施方式2
在实施方式1中，说明了波长扫描光源1输出的波长扫描光的波形没有变化的结构。但是，在波长扫描光的波形变化的情况下，测定对象的位置测定的分辨率降低。因此，在实施方式2中，说明对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿的结构。
下面，参照附图对实施方式2进行说明。另外，对具有与实施方式1中说明的结构相同的功能的结构标注相同的标号并省略其说明。图6是示出实施方式2的光传感器装置1001的结构的框图。如图6所示，光传感器装置1001在实施方式1的光传感器装置1000的结构的基础上，还具有数字模拟转换器14(第2DAC)(第2数字模拟转换器)、频率相位比较器15、环路滤波器16和第2分支器17(分支器)。另外，在实施方式2中，如上所述，波长扫描光源1输出的波长扫描光的波形变化。
第2分支器17使光外差接收器6取得的内部接收信号分支到频率相位比较器15和模拟数字转换器7。另外，如上所述，这里的内部接收信号是光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和由参考反射点4反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换而作为电信号取得的信号。在实施方式2中，在遮断了来自测定对象999的反射光的状态下，光外差接收器6取得内部接收信号。
模拟数字转换器7与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，对第2分支器17分支后的内部接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号。模拟数字转换器7将换转为数字信号后的内部接收信号输出到信号处理装置9。
信号处理装置9根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算第2频率变动基准信号数据。更详细地讲，在实施方式2中，信号处理装置9与分支器11分支后的基准时钟信号同步地，根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算第2频率变动基准信号数据。信号处理装置9将计算出的第2频率变动基准信号数据输出到数字模拟转换器14(图6的93)。更详细地讲，在实施方式2中，信号处理装置9将计算出的第2频率变动基准信号数据存储于未图示的存储器，该存储器将存储着的第2频率变动基准信号数据输出到数字模拟转换器14。
第2频率变动基准信号数据例如也可以是由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号本身。或者，信号处理装置9也可以从由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号中去除不需要的频率分量，由此计算第2频率变动基准信号数据。
数字模拟转换器14将信号处理装置9计算出的第2频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第2频率变动基准信号。更详细地讲，在实施方式2中，数字模拟转换器14与锁相环12生成的第2时钟信号同步地，将信号处理装置9计算出的第2频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第2频率变动基准信号。数字模拟转换器14将生成的第2频率变动基准信号输出到频率相位比较器15(图1的141)。
频率相位比较器15对第2分支器17分支后的内部接收信号和数字模拟转换器14生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号。频率相位比较器15将生成的误差信号输出到环路滤波器16。
环路滤波器16对频率相位比较器15生成的误差信号进行积分，由此生成控制信号。环路滤波器16将生成的控制信号输出到波长扫描光源1。
波长扫描光源1根据环路滤波器16生成的控制信号，对要输出的光的频率进行调整。
下面，参照附图对实施方式2的光传感器装置1001进行的、对波长扫描光的非线性进行补偿的方法的具体例进行说明。图7是用于说明实施方式2的光传感器装置1001进行的、针对内部反射光的信号处理的具体例的曲线图。图7的(a)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的内部接收信号(差拍B)的频率(外差频率)的时间变化(点划线)的曲线图。图7的(a)的虚线示出数字模拟转换器14生成的第2频率变动基准信号。
如图7的(a)的点划线所示，每当波长扫描光源1进行扫描时，波长扫描光的波形变化，因此，描绘差拍B的瞬时频率的曲线变化。因此，在某个扫描时，如上所述，频率相位比较器15对第2分支器17分支后的内部接收信号即差拍B和数字模拟转换器14生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号。环路滤波器16对频率相位比较器15生成的误差信号进行积分，由此生成控制信号。波长扫描光源1根据环路滤波器16生成的控制信号，对要输出的光的频率进行调整，由此使要输出的波长扫描光的频率和相位收敛于与第2反射点频率变动信号相同的频率和相位。通过这种收敛动作，波长扫描光的非线性的再现性提高。
图7的(b)是示出该具体例中的信号处理装置9对内部接收信号进行高速傅里叶变换的结果即频谱(实线)的曲线图。另外，这里的内部接收信号是如下得到的：光外差接收器6取得来源于波长扫描光源1根据环路滤波器16生成的控制信号对频率进行调整后的波长扫描光的内部接收信号，模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地进行采样，由此将其转换成数字信号。此外，图7的(b)的点划线示出模拟数字转换器7与上述的锁相环12的第2时钟信号同步地对内部接收信号进行采样而将其转换成数字信号的情况下的频谱。此外，图7的(b)的虚线示出波长扫描光源1未对波长扫描光的频率进行调整的情况下的频谱。
在波长扫描光源1未对波长扫描光的频率进行调整的情况下，未对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图7的(b)的虚线所示，差拍B的频谱在频率轴方向上扩展。另一方面，在波长扫描光源1如上所述调整了波长扫描光的频率的情况下，对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图7的(b)的实线所示，抑制差拍B的频谱的扩展。
图8是用于说明实施方式2的光传感器装置1001进行的、针对反射光的信号处理的具体例的曲线图。图8的(a)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的接收信号(差拍A)的频率(外差频率)的时间变化(虚线)的曲线图。图8的(a)的点划线是示出波长扫描光源1未对波长扫描光的频率进行调整的情况下的差拍A的频率的时间变化的曲线图。图8的(a)的单点划线示出第1频率变动基准信号。
如图8的(a)的点划线所示，每当波长扫描光源1进行扫描时，波长扫描光的波形变化，因此，描绘差拍A的瞬时频率的曲线变化。因此，通过上述的手段对波长扫描光源1输出的光的频率进行调整，由此使波长扫描光的频率和相位收敛于与第2反射点频率变动信号相同的频率和相位。由此，如图8的(a)的虚线所示，差拍A的瞬时频率也收敛，每次扫描的变动幅度变小。
图8的(b)是示出该具体例中的信号处理装置9对接收信号进行高速傅里叶变换的结果即频谱(内侧的实线)的曲线图。另外，这里的接收信号是如下得到的：光外差接收器6取得来源于波长扫描光源1根据环路滤波器16生成的控制信号对频率进行调整后的波长扫描光的接收信号，模拟数字转换器7与上述的第1频率变动基准信号同步地进行采样，由此将其转换成数字信号。此外，图8的(b)的外侧的实线示出模拟数字转换器7与上述的锁相环12的第2时钟信号同步地对接收信号进行采样而将其转换成数字信号的情况下的频谱。此外，图8的(b)的虚线示出波长扫描光源1未对波长扫描光的频率进行调整的情况下的频谱。
在波长扫描光源1未对波长扫描光的频率进行调整的情况下，未对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图8的(b)的虚线所示，差拍A的频谱在频率轴方向上扩展。另一方面，在波长扫描光源1如上所述调整了波长扫描光的频率的情况下，对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿，因此，如图8的(b)的内侧的实线所示，抑制差拍A的频谱的扩展。由此，信号处理装置9能够根据FFT bin编号来计算测定对象的位置信息。
如上所述，在实施方式2中，不使用用于对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿的追加的干涉计，就能够提高传感器分辨率。此外，能够抑制由于环境变动等而引起的波长扫描光的非线性和由于扫描频率幅度的变化而引起的测定数据的漂移，例如，通过对多次的测定数据进行平均化，能够实现测定精度的提高。
实施方式3
在实施方式3中，说明对来源于由测定对象999反射后的反射光的接收信号和来源于由参考反射点4反射后的内部反射光的内部接收信号进行分离的结构。
下面，参照附图对实施方式3进行说明。另外，对具有与实施方式1或实施方式2中说明的结构相同的功能的结构标注相同的标号并省略其说明。图9是示出实施方式3的光传感器装置1002的结构的框图。如图9所示，光传感器装置1002在实施方式2的光传感器装置1001的结构的基础上，还具有光移频器18、移频振荡器19、第3分支器20、低通滤波器201(第1滤波器)、高通滤波器202(第2滤波器)、2倍倍增器203和混频器204。光移频器18设置于参考反射点4与光传感器头5之间。低通滤波器201设置于第2分支器17与频率相位比较器15之间。高通滤波器202和混频器204设置于第2分支器17与模拟数字转换器7之间。
移频振荡器19将用于进行移频的移频信号输出到第3分支器20。
第3分支器20使移频振荡器19输出的移频信号分支到光移频器18和2倍倍增器203。
2倍倍增器203对第3分支器20分支后的移频信号进行2倍倍增。2倍倍增器203将2倍倍增后的移频信号输出到混频器204。
光移频器18使通过参考反射点4后的信号光进行移频。更详细地讲，在实施方式3中，光移频器18根据第3分支器20分支后的移频信号，使通过参考反射点4后的信号光进行移频。更详细地讲，在实施方式3中，光移频器18使通过参考反射点4后的信号光的频率下移。光移频器18将移频(下移)后的信号光输出到光传感器头5。
作为光移频器18，例如能够使用声光调制器(AOM)。该情况下，移频振荡器19输出的移频信号的波形为sin波形。例如，作为光移频器18，能够使用对通过参考反射点4后的信号光赋予线性的相位啁啾从而赋予线性调频(serrodyne)调制的LiNbO3相位调制器。该情况下，移频振荡器19输出的移频信号的波形是重复线性电压变化的锯齿波形。
光传感器头5使光移频器18移频后的信号光朝向测定对象出射，接收由该测定对象反射后的反射光。光传感器头5将接收到的反射光输出到光移频器18。光移频器18使光传感器头5输出的反射光再次进行移频。光移频器18将移频后的反射光经由参考反射点4和光循环器3输出到光外差接收器6。
光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和光移频器18输出的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的接收信号。此外，光外差接收器6对光分支器2分支后的本振光和由参考反射点4反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号。
第2分支器17使光外差接收器6取得的接收信号和内部接收信号分支到低通滤波器201和高通滤波器202。
低通滤波器201使第2分支器17分支后的内部接收信号通过，遮断第2分支器17分支后的接收信号。即，通过上述的光移频器18的下移，基于反射光和本振光的频率差的差拍信号即接收信号与基于内部反射光和本振光的频率差的差拍信号即内部接收信号相比，频率变高，因此，被低通滤波器201遮断。
高通滤波器202使第2分支器17分支后的接收信号通过，遮断第2分支器17分支后的内部接收信号。即，通过上述的光移频器18的下移，基于反射光和本振光的频率差的差拍信号即接收信号与基于内部反射光和本振光的频率差的差拍信号即内部接收信号相比，频率变高，因此，通过高通滤波器202。
频率相位比较器15对通过低通滤波器201后的内部接收信号和数字模拟转换器14生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号。
混频器204以光移频器18的移位量的2倍的频率使通过高通滤波器202后的接收信号进行移频。更详细地讲，在实施方式3中，混频器204使通过高通滤波器202后的接收信号和2倍倍增器203进行2倍倍增后的移频信号相乘，由此使该接收信号下移。混频器204将移频(下移)后的接收信号输出到模拟数字转换器7。
模拟数字转换器7与数字模拟转换器8预先生成的第1频率变动基准信号同步地，对通过高通滤波器202后的接收信号进行采样。更详细地讲，在实施方式3中，模拟数字转换器7与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，对混频器204移频后的接收信号进行采样。
下面，对实施方式3的光传感器装置1002进行的、对接收信号和内部接收信号进行分离的方法的具体例进行说明。图10是用于说明实施方式3的光传感器装置1002进行的、对接收信号和内部接收信号进行分离的方法的具体例的曲线图。图10的(a)是示出该具体例中的光分支器2分支后的本振光的频率的时间变化(虚线)、由参考反射点4反射后的内部反射光的频率的时间变化(点划线)、以及光传感器头5从测定对象999接收且由光移频器18再次进行移频后的反射光的频率的时间变化(实线)的曲线图。
光移频器18以fshift(对应于移频振荡器19的频率)的量使通过参考反射点4后的信号光进行移频，以fshift的量使光传感器头5从测定对象999接收到的反射光的频率再次下移。其结果是，如图10的(a)所示，仅输入到光外差接收器6的光中的反射光分量接受2fshift的下移。
图10的(b)是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的内部接收信号(差拍B)的频率(外差频率)的时间变化(点划线)，以及光外差接收器6对本振光和反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的接收信号(差拍A)的频率(外差频率)的时间变化(实线)的曲线图。
例如，通过以2fshift比扫描中的本振光和基于参考反射点4的内部反射光的差拍B的瞬时频率的最大值大的方式设定fshift，如图10的(b)所示，能够通过高通滤波器202选择性地提取本振光和由测定对象反射后的反射光的差拍A。由此，能够通过低通滤波器201选择性地提取差拍B。
图10的(c)示出输入到模拟数字转换器7的接收信号(差拍A)的频率的时间变化。图10的(d)示出输入到频率相位比较器15的内部接收信号(差拍B)的频率的时间变化。
如图10的(d)所示，仅第2分支器17分支到低通滤波器201的接收信号和内部接收信号中的内部接收信号(差拍B)被低通滤波器201选择性地提取而输入到频率相位比较器15。另一方面，仅第2分支器17分支到高通滤波器202的接收信号和内部接收信号中的接收信号(差拍A)被高通滤波器202选择性地提取而输入到混频器204。然后，混频器204使被输入的接收信号以光移频器18的移位量的2倍的频率进行下变频。由此，如图10的(c)所示，接收信号在被光移频器18去除移位分量后的状态下输入到模拟数字转换器7。
如上所述，在实施方式3中，在实施方式2的效果的基础上，还能够从输入到频率相位比较器15的信号中去除不必要的来源于来自测定对象的反射光的接收信号分量，能够提高波长扫描光的收敛精度，提高测定对象的位置测定的分辨率。
另外，信号处理装置9在根据由模拟数字转换器7转换成数字信号后的接收信号计算与测定对象999有关的测定数据时，也可以对由于光移频器18的移频而产生的接收信号的非线性进行补偿。
实施方式4
在实施方式2中说明了如下结构：波长扫描光源1对波长扫描光的频率进行调整，由此对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿。在实施方式4中说明如下结构：使光分支器2分支后的本振光进行移频，由此对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿。
下面，参照附图对实施方式4进行说明。另外，对具有与实施方式1、实施方式2或实施方式3中说明的结构相同的功能的结构标注相同的标号并省略其说明。图11是示出实施方式4的光传感器装置1003的结构的框图。如图11所示，光传感器装置1003在实施方式2的光传感器装置1001的结构的基础上，还具有光移频器18、混频器204和压控振荡器205。
实施方式4的环路滤波器16对频率相位比较器15生成的误差信号进行积分，由此生成控制信号，将生成的控制信号输出到压控振荡器205。
压控振荡器205根据环路滤波器16生成的控制信号，产生光移频器18的控制信号。压控振荡器205将产生的控制信号输出到光移频器18。
光移频器18根据压控振荡器205产生的控制信号，使光分支器2分支后的本振光进行移频。光移频器18将移频后的本振光输出到光外差接收器6。
光外差接收器6对光移频器18移频后的本振光和光分支器2分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得内部接收信号。更详细地讲，在实施方式4中，光外差接收器6对光移频器18移频后的本振光和由参考反射点4反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得内部接收信号。
在光传感器装置1003测定与测定对象999有关的测定数据时，光外差接收器6对光移频器18移频后的本振光和光传感器头5接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得接收信号。
混频器204使第2分支器17分支后的内部接收信号进行移频。在光传感器装置1003测定与测定对象999有关的测定数据时，混频器204使第2分支器17分支后的接收信号进行移频。更详细地讲，混频器204与锁相环12生成的第2时钟信号(图11的124)同步地，使内部接收信号和接收信号分别进行移频。混频器204的详细结构在后面叙述。
下面，参照附图对实施方式4的光传感器装置1003进行的、对波长扫描光的非线性进行补偿的方法的具体例进行说明。图12是示出该具体例中的光外差接收器6对本振光和内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电交换而取得的内部接收信号(差拍B)的频率(外差频率)的时间变化(点划线)的曲线图。图12的虚线示出数字模拟转换器14生成的第2频率变动基准信号。
在该具体例中，光移频器18根据压控振荡器205产生的控制信号，以瞬时频率fvc o(t)的量使光分支器2分支后的本振光进行移频。由此，如图12的点划线所示，在某次扫描时X，光外差接收器6取得的内部接收信号(差拍B)的瞬时的外差频率成为fbX(t)+fvc o(t)。fbX(t)是某次扫描时X的差拍B的频率。
信号处理装置9对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号的频率赋予偏置，由此计算第2频率变动基准信号数据。更详细地讲，在该具体例中，信号处理装置9通过对由模拟数字转换器7转换成数字信号后的内部接收信号的频率赋予偏置foffset，如图12的虚线所示，计算频率为fref(t)+fo ffset的第2频率变动基准信号数据。其结果是，环路滤波器16根据由频率相位比较器15生成的误差信号生成的控制信号对压控振荡器205输出的控制信号的瞬时频率fvc o(t)进行控制，以使fbX(t)+fvc o(t)＝fref(t)+foffset成立。
混频器204以偏置的量使第2分支器17分支后的内部接收信号的频率下移。更详细地讲，在该具体例中，混频器204以偏置fo ffset的量对第2分支器17分支后的内部接收信号(差拍B)的频率进行下变频。由此，差拍B的内部接收信号收敛于fbX(t)+fvc o(t)-foffset＝fref(t)。模拟数字转换器7对混频器204下移后的内部接收信号进行采样。
在测定与测定对象999有关的测定数据时，混频器204以偏置fo ffset的量使第2分支器17分支后的接收信号的频率下移。模拟数字转换器7与数字模拟转换器8生成的第1频率变动基准信号同步地，对混频器204下移后的接收信号进行采样。
如上所述，在实施方式4中，能够以偏置的量提高频率相位比较器15中的比较频率，因此，发挥动作稳定且得到高精度的测定数据这样的效果。此外，通过使本振光进行移频，能够对波形变化的波长扫描光的非线性进行补偿，因此，能够使用无法对波长扫描进行外部控制的波长扫描光源，能够提高设计自由度。
光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能通过处理电路来实现。即，信号处理装置9具有用于执行上述的处理的处理电路。该处理电路可以是专用的硬件，但是，也可以是执行存储器中存储的程序的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。
图13A是示出实现光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能的硬件结构的框图。图13B是示出执行实现光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能的软件的硬件结构的框图。
在上述处理电路是图13A所示的专用的硬件的处理电路300的情况下，处理电路300例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或对它们进行组合而得到的部件。
可以利用不同的处理电路实现光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能，也可以利用1个处理电路统一实现这些功能。
在上述处理电路是图13B所示的处理器301的情况下，光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能通过软件、固件或软件和固件的组合来实现。
另外，软件或固件被描述为程序而存储于存储器302。
处理器301读出并执行存储器302中存储的程序，由此实现光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能。即，光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9具有存储器302，该存储器302用于存储在由处理器301执行这些各功能时其结果是执行上述的处理的程序。
这些程序使计算机执行光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的步骤或方法。存储器302也可以是存储有用于使计算机作为光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9发挥功能的程序的计算机可读存储介质。
处理器301例如是CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、处理装置、运算装置、处理器、微处理器、微计算机或DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)等。
存储器302例如是RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically-EPROM：电可擦除可编程只读存储器)等非易失性或易失性半导体存储器、硬盘、软盘等磁盘、软盘、光盘、高密度盘、迷你盘、DVD(DigitalVersatile Disc：数字多功能盘)等。
关于光传感器装置1000、光传感器装置1001、光传感器装置1002或光传感器装置1003的信号处理装置9的功能，也可以利用专用的硬件实现一部分，利用软件或固件实现一部分。
这样，处理电路能够通过硬件、软件、固件或它们的组合分别实现上述功能。
另外，能够进行各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的光传感器装置能够减轻由于对波长扫描光的非线性进行补偿而产生的信号处理负荷，因此，能够用于对波长扫描光的非线性进行补偿的技术。
标号说明
1：波长扫描光源；2：光分支器；3：光循环器；4：参考反射点；5：光传感器头；6：光外差接收器；7：模拟数字转换器；8：数字模拟转换器；9：信号处理装置；10：基准时钟；11：分支器；12：锁相环；13：开关；14：数字模拟转换器；15：频率相位比较器；16：环路滤波器；17：第2分支器；18：光移频器；19：移频振荡器；20：第3分支器；201：低通滤波器；202：高通滤波器；203：2倍倍增器；204：混频器；205：压控振荡器；300：处理电路；301：处理器；302：存储器；999：测定对象；1000、1001、1002、1003：光传感器装置。

Claims (11)

1.一种光传感器装置，其特征在于，所述光传感器装置具有：
波长扫描光源，其输出频率随着时间的经过而变化的光；
光分支器，其使所述波长扫描光源输出的光分支为信号光和本振光；
光传感器头，其使所述光分支器分支后的信号光朝向测定对象出射，接收由该测定对象反射后的反射光；
光外差接收器，其对所述光分支器分支后的本振光和所述光传感器头接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得作为电信号的接收信号；
模拟数字转换器，其对所述光外差接收器取得的接收信号进行采样，由此将其转换成数字信号；
第1数字模拟转换器，其生成所述模拟数字转换器的第1时钟信号；以及
信号处理装置，其根据由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的接收信号，计算与所述测定对象有关的测定数据，
所述光外差接收器对所述光分支器分支后的本振光和所述光分支器分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号，
所述模拟数字转换器对所述光外差接收器取得的内部接收信号进行采样，由此进一步将其转换成数字信号，
所述信号处理装置根据由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算成为针对所述波长扫描光源输出的光的频率变动的基准的第1频率变动基准信号数据，
所述第1数字模拟转换器将所述信号处理装置计算出的第1频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第1频率变动基准信号作为所述第1时钟信号，
所述模拟数字转换器与所述第1数字模拟转换器生成的第1频率变动基准信号同步地，对所述光外差接收器取得的接收信号进行采样。
2.根据权利要求1所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有参考反射点，该参考反射点使所述光分支器分支后的信号光部分地反射而进行内部反射，
所述光外差接收器对所述光分支器分支后的本振光和由所述参考反射点反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号。
3.根据权利要求1所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有锁相环，该锁相环生成所述模拟数字转换器的第2时钟信号，
所述模拟数字转换器与所述锁相环生成的第2时钟信号同步地，对所述光外差接收器取得的内部接收信号进行采样。
4.根据权利要求3所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有开关，该开关将所述模拟数字转换器的时钟信号切换成所述第1数字模拟转换器生成的作为第1时钟信号的第1频率变动基准信号和所述锁相环生成的第2时钟信号中的任一方。
5.根据权利要求1所述的光传感器装置，其特征在于，
所述信号处理装置对由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号进行希尔伯特变换，由此计算该内部接收信号的瞬时频率，对计算出的瞬时频率进行倍增，由此计算所述第1频率变动基准信号数据。
6.根据权利要求1所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有分支器、第2数字模拟转换器、频率相位比较器和环路滤波器，
所述分支器使所述光外差接收器取得的内部接收信号分支到所述频率相位比较器和所述模拟数字转换器，
所述信号处理装置根据由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算第2频率变动基准信号数据，
所述第2数字模拟转换器将所述信号处理装置计算出的第2频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第2频率变动基准信号，
所述频率相位比较器对所述分支器分支后的内部接收信号和所述第2数字模拟转换器生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号，
所述环路滤波器对所述频率相位比较器生成的误差信号进行积分，由此生成控制信号，
所述波长扫描光源根据所述环路滤波器生成的控制信号，对要输出的光的频率进行调整。
7.根据权利要求6所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有参考反射点、光移频器、第1滤波器和第2滤波器，
所述参考反射点使所述光分支器分支后的信号光部分地反射而进行内部反射，
所述光移频器使通过所述参考反射点后的信号光进行移频，
所述光传感器头使所述光移频器移频后的信号光朝向所述测定对象出射，接收由该测定对象反射后的反射光，
所述光外差接收器对所述光分支器分支后的本振光和由所述参考反射点反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此进一步取得作为电信号的内部接收信号，
所述分支器使所述光外差接收器取得的接收信号和内部接收信号分支到所述第1滤波器和所述第2滤波器，
所述第1滤波器使所述分支器分支后的内部接收信号通过，遮断所述分支器分支后的接收信号，
所述第2滤波器使所述分支器分支后的接收信号通过，遮断所述分支器分支后的内部接收信号，
所述频率相位比较器对通过所述第1滤波器后的内部接收信号和所述第2数字模拟转换器生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号，
所述模拟数字转换器与所述第1数字模拟转换器生成的第1频率变动基准信号同步地，对通过所述第2滤波器后的接收信号进行采样。
8.根据权利要求7所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有混频器，
所述光移频器还使所述光传感器头接收到的反射光进行移频，
所述混频器以所述光移频器的移位量的2倍的频率使通过所述第2滤波器后的接收信号进行移频，
所述模拟数字转换器与所述第1数字模拟转换器生成的第1频率变动基准信号同步地，对所述混频器移频后的接收信号进行采样。
9.根据权利要求7所述的光传感器装置，其特征在于，
所述信号处理装置在根据由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的接收信号计算与所述测定对象有关的测定数据时，对由于所述光移频器的移频而产生的接收信号的非线性进行补偿。
10.根据权利要求1所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有分支器、第2数字模拟转换器、频率相位比较器、环路滤波器、压控振荡器和光移频器，
所述分支器使所述光外差接收器取得的内部接收信号分支到所述频率相位比较器和所述模拟数字转换器，
所述信号处理装置根据由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号，进一步计算第2频率变动基准信号数据，
所述第2数字模拟转换器将所述信号处理装置计算出的第2频率变动基准信号数据转换成模拟信号，由此生成第2频率变动基准信号，
所述频率相位比较器对所述分支器分支后的内部接收信号和所述第2数字模拟转换器生成的第2频率变动基准信号进行比较，由此生成频率的误差信号，
所述环路滤波器对所述频率相位比较器生成的误差信号进行积分，由此生成控制信号，
所述压控振荡器根据所述环路滤波器生成的控制信号，产生所述光移频器的控制信号，
所述光移频器根据所述压控振荡器产生的控制信号，使所述光分支器分支后的本振光进行移频，
所述光外差接收器对所述光移频器移频后的本振光和所述光分支器分支后的信号光被进行内部反射后的内部反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得所述内部接收信号，对所述光移频器移频后的本振光和所述光传感器头接收到的反射光进行合波，对合波后的光进行光电转换，由此取得所述接收信号。
11.根据权利要求10所述的光传感器装置，其特征在于，
所述光传感器装置还具有混频器，
所述信号处理装置对由所述模拟数字转换器转换成数字信号后的内部接收信号的频率赋予偏置，由此计算所述第2频率变动基准信号数据，
所述混频器以所述偏置的量使所述分支器分支后的接收信号和内部接收信号的各频率下移。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1889037A2 (en) 2005-06-01 2008-02-20 The General Hospital Corporation Apparatus, method and system for performing phase-resolved optical frequency domain imaging
US20130163003A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Ole Massow Apparatus and method for optical swept-source coherence tomography
US20140268038A1 (en) 2013-03-12 2014-09-18 Carl Zeiss Meditec, Inc. Systems and methods for variable depth optical coherence tomography imaging
JP6166645B2 (ja) * 2013-11-19 2017-07-19 株式会社トーメーコーポレーション 光断層画像撮影装置
JP6166697B2 (ja) * 2014-07-29 2017-07-19 日本電信電話株式会社 光干渉断層装置
JP6302853B2 (ja) * 2015-02-10 2018-03-28 アンリツ株式会社 Ｏｃｔ装置
JP6696782B2 (ja) 2015-03-09 2020-05-20 炭　親良 ビームフォーミング方法、計測イメージング装置、及び、通信装置
WO2019145843A1 (en) 2018-01-23 2019-08-01 Amo Wavefront Sciences, Llc Methods and systems of optical coherence tomography with fiducial signal for correcting scanning laser nonlinearity

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