JP7509201B2 - 測距装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る測距動作のフローチャートである。
図6Aに、単位周波数相当距離δzとピーク周波数fmaxの測定例を示す。図6Aによれば、単位周波数相当距離δzとピーク周波数fmaxとが同期して変動していることが分かる。また、図6Bに、単位周波数相当距離とピーク周波数の関係を示す。式(1)と式(6-1)によれば、単位周波数相当距離とピーク周波数とは反比例の関係にある。図6Bでは、その近似曲線が点線で示されている。決定係数R2=0.999976642であり、1に近いので、単位周波数相当距離とピーク周波数とは強い相互関係を持つといえる。
本実施の形態の測距装置における測距結果の精度の向上について説明する。図7Aは、測距結果の時間推移の測定例を示す図である。図7Aには、測定回毎(波長掃引光源100の掃引毎)にδzをΔθRを用いて算出した測距結果(補正あり)と、実験回数200回のδzの平均値、つまり固定のδzを使った測距結果(補正なし)をプロットしている。図7Aによれば、測定回毎に補正したものの方が測距結果の振れ幅が狭くなり、測距の精度が高いことが分かる。
ここで、掃引位相幅によって単位周波数を補正することによって、測距結果の精度が向上する理由について説明する。対象干渉計103の基準面から測定対象104までの距離が一定の時、式(1)に示す通り、掃引周波数幅Δνとビート周波数νBは比例の関係であるので、Δνの変動に応じてνBがΔνに反比例して変動する。
最後に、上述した式(1)に示す、波長掃引光源100の掃引周波数幅Δνとビート周波数νBの比例関係がどの程度のものであるかについて、実際のデータを用いて説明する。
上述した機能を有する信号処理装置106のハードウェア構成の一例について、図9のブロック図を参照して説明する。
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る測距装置の構成を示すブロック図である。第1の実施の形態との違いは、第2の実施の形態では、位相変化曲線算出部60から得た相対位相変化曲線θR’(tm)と基準干渉計102のアーム間の光路長差の1/2のZRから、掃引周波数幅算出部68にて、波長掃引光源100の掃引周波数幅Δνを算出し、そのΔνを用いて単位周波数相当距離算出部66にて、単位周波数相当距離δzを算出することである。
Claims (8)
- 光源から出力された波長を時間的に掃引させた連続的な光と、前記光を測定対象で反射させた反射光とを干渉させた第1干渉光を出力する第1干渉計と、
前記光源から出力された前記光と、前記光源から出力された前記光と所定の光路長差を有する光とを干渉させた第2干渉光を出力する第2干渉計と、
前記光源から出力された波長の掃引毎に、相対位相の掃引位相幅又は掃引周波数幅を、前記第2干渉計の干渉信号の位相変化曲線から算出し、前記掃引位相幅又は掃引周波数幅を用いて、単位周波数相当距離を算出し、前記位相変化曲線と所定の位相間隔を用いてリサンプリング時刻を算出し、前記リサンプリング時刻を用いて、前記第1干渉計の干渉信号をサンプリングした信号のピーク周波数と、前記単位周波数相当距離とを用いて、前記第1干渉計における前記測定対象までの距離を算出する信号処理装置と
を備える測距装置。 - 前記信号処理装置は、
前記第2干渉光をA/D変換した第2干渉信号から相対位相の位相変化曲線を算出する位相変化曲線算出部と、
前記相対位相の最大値と最小値から掃引位相幅を算出する掃引位相幅算出部と、
前記掃引位相幅と前記第2干渉計の前記光路長差を用いて、単位周波数に相当する距離を算出する単位周波数相当距離算出部と、
前記位相変化曲線と所定の位相間隔を用いて、リサンプリング時刻を算出するリサンプリング時刻算出部と、
前記第1干渉光をA/D変換した第1干渉信号を、前記リサンプリング時刻を用いてサンプリングするリサンプリング部と、
前記サンプリングされた信号を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換した信号からピーク周波数を算出するピーク周波数算出部と、
前記ピーク周波数と前記単位周波数に相当する距離を用いて、前記第1干渉計における前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と
を備える請求項1記載の測距装置。 - 前記信号処理装置は、
前記第2干渉光をA/D変換した第2干渉信号から相対位相の位相変化曲線を算出する位相変化曲線算出部と、
前記位相変化曲線の最大値と最小値から算出した掃引位相幅と前記第2干渉計の前記光路長差を用いて掃引周波数幅を算出する掃引周波数幅算出部と、
前記掃引周波数幅を用いて、単位周波数に相当する距離を算出する単位周波数相当距離算出部と、
前記位相変化曲線と所定の位相間隔を用いて、リサンプリング時刻を算出するリサンプリング時刻算出部と、
前記第1干渉光をA/D変換した第1干渉信号を、前記リサンプリング時刻を用いてサンプリングするリサンプリング部と、
前記サンプリングされた信号を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換した信号からピーク周波数を算出するピーク周波数算出部と、
前記ピーク周波数と前記単位周波数に相当する距離を用いて、前記第1干渉計における前記測定対象までの距離を算出する距離算出部と
を備える請求項1記載の測距装置。 - 前記位相変化曲線算出部は、
前記第2干渉信号を、離散フーリエ変換する離散フーリエ変換部と、
前記離散フーリエ変換部の出力から、負周波数成分を除去する負周波数成分除去部と、
前記負周波数成分除去部の出力を離散フーリエ逆変換する離散フーリエ逆変換部と、
前記離散フーリエ逆変換部の出力の偏角を算出する偏角算出部と、
前記偏角の不連続点で位相を繋ぐ位相繋ぎ部を備える
請求項2または3記載の測距装置。 - 前記リサンプリング時刻算出部は、
前記所定の位相間隔となる時刻が、前記位相変化曲線の離散的な時刻と一致しない場合には、前記位相変化曲線を補間して前記リサンプリング時刻を算出する
請求項2~4の何れか1項に記載の測距装置。 - 前記リサンプリング部は、
前記リサンプリング時刻が、前記第1干渉信号の離散的な時刻と一致しない場合には、前記第1干渉信号を補間してサンプリングを行う
請求項2~5の何れか1項に記載の測距装置。 - 前記周波数変換部は、
前記リサンプリング部の出力を離散フーリエ変換することにより、離散的な周波数成分のスペクトルを出力し、
前記ピーク周波数算出部は、
前記スペクトルの離散的な周波数成分を補間して前記ピーク周波数を算出する
請求項2~6の何れか1項に記載の測距装置。 - 前記周波数変換部は、
窓関数が適用された前記リサンプリング部の出力を離散フーリエ変換することにより、前記離散的な周波数成分のスペクトルを出力し、
前記ピーク周波数算出部は、
窓関数が適用された前記周波数変換部の出力を離散フーリエ変換することにより、前記ピーク周波数を算出する
請求項7記載の測距装置。
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GORA, M. et al.,"Ultra high-speed swept source OCT imaging of the anterior segment of human eye at 200 kHz with adjustable imaging range",OPTICS EXPRESS [online] [ISSN:1094-4087],2009年08月06日,Volume 17, Number 17,Pages 14880-14894,< DOI:10.1364/OE.17.014880 > |
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