WO2023243365A1 - レーザ装置 - Google Patents

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WO2023243365A1
WO2023243365A1 PCT/JP2023/019655 JP2023019655W WO2023243365A1 WO 2023243365 A1 WO2023243365 A1 WO 2023243365A1 JP 2023019655 W JP2023019655 W JP 2023019655W WO 2023243365 A1 WO2023243365 A1 WO 2023243365A1
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WO
WIPO (PCT)
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frequency
optical comb
laser
ceo
control circuit
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/019655
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English (en)
French (fr)
Inventor
將 中村
慎也 岡本
和也 久田
安寿 稲田
克弥 能澤
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device.
  • an optical frequency comb laser is a light source that outputs laser light in which pulse waveforms are arranged at equal intervals on the time axis and spectra are arranged at equal intervals on the frequency axis.
  • Patent Document 1 discloses a coherent dual scanning laser system that is controlled to stabilize the difference in carrier envelope offset frequency (f CEO ) between two oscillators. Further, Patent Document 2 discloses an optical comb control method in which the difference between the carrier envelope offset frequencies (f CEO ) of two oscillators is controlled to be an integral multiple of the repetition frequency (f rep ).
  • the present disclosure provides a laser device that outputs light that can be detected with high accuracy by a detector.
  • a laser device includes a first optical comb laser, a second optical comb laser having a repetition frequency different from that of the first optical comb laser, and an output light from the first optical comb laser and an output light from the second optical comb laser. and a control circuit, the control circuit detecting a first CEO frequency, which is a carrier envelope offset frequency of the first optical comb laser, and a carrier envelope offset frequency of the second optical comb laser.
  • a difference frequency which is the difference between the first CEO frequency and the second CEO frequency, is changed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing temporal changes in the electric field of an optical comb laser beam.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a frequency spectrum of an optical comb laser beam.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing frequency spectra of two optical comb laser beams in a dual comb.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a frequency spectrum after interference in a dual comb.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a laser device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the lowest frequency mode in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an inappropriate frequency spectrum of a dual comb signal.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the highest frequency mode in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an inappropriate frequency spectrum of a dual comb signal.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the frequency interval in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of an inappropriate frequency spectrum of a dual comb signal.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the process of controlling ⁇ f CEO based on the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of the process of controlling ⁇ f CEO based on the accuracy of the distance calculated from the dual comb signal, among the operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a process for controlling ⁇ f CEO as a calibration before measurement among operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a process for controlling ⁇ f CEO as feedback at any time among operations of the laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing the flow of processing in a modified example.
  • Dual comb is a method in which two optical comb lasers are prepared, and their repetition frequencies are slightly shifted, allowing them to interfere with each other for measurement.
  • two optical comb lasers whose repetition frequencies are f rep and f rep + ⁇ f rep , respectively, interfere with each other, thereby generating a beat.
  • spectra with intervals of ⁇ f rep can be obtained. What is important here is that the spectrum of the optical comb laser before interference is in the THz region, which is the frequency of light, while the spectrum after interference is in the MHz region, which is the radio frequency.
  • the response may vary depending on the value of ⁇ f CEO , which is the difference between the carrier envelope offset frequencies f CEO of the two optical comb lasers. There are cases where the frequency band is exceeded, making measurement difficult.
  • a laser device includes a first optical comb laser, a second optical comb laser having a repetition frequency different from that of the first optical comb laser, and an output light from the first optical comb laser and an output light from the second optical comb laser. and a control circuit, the control circuit detecting a first CEO frequency, which is a carrier envelope offset frequency of the first optical comb laser, and a carrier envelope offset frequency of the second optical comb laser.
  • a difference frequency which is the difference between the first CEO frequency and the second CEO frequency, is changed.
  • the control circuit acquires second information regarding the highest frequency mode of the frequency spectrum of the interference light based on the output of the detection unit, and 2 information may be used to reduce the difference frequency.
  • the control circuit acquires third information regarding a frequency interval of the frequency spectrum of the interference light based on the output of the detection unit, and the acquired third information
  • the difference frequency may be changed using .
  • the detection unit may detect interference between reflected light from an object of output light from the first optical comb laser and output light from the second optical comb laser.
  • the laser device may include a signal processing circuit that detects light and calculates a distance to the object based on the output of the detection section.
  • control circuit may change the differential frequency before calculating the distance.
  • control circuit may change the differential frequency while calculating the distance.
  • the laser device according to one aspect of the present disclosure may be configured by appropriately combining the constituent elements of the laser device according to each aspect described above.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like in each figure do not necessarily match. Further, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations will be omitted or simplified.
  • ordinal numbers such as “first” and “second” do not mean the number or order of components, unless otherwise specified, and do not mean the number or order of components. It is used for the purpose of
  • the optical comb laser beam is formed from a train of optical pulses generated at a repeating period T rep .
  • the repetition period T rep is, for example, 1 ps or more and 100 ns or less.
  • the full width at half maximum of each optical pulse is represented by ⁇ t.
  • the full width at half maximum ⁇ t of each optical pulse is, for example, 10 fs or more and 100 ps or less.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the frequency spectrum of optical comb laser light.
  • the horizontal axis represents the frequency
  • the vertical axis represents the intensity of the optical comb laser beam.
  • the optical comb laser beam has a comb-shaped frequency spectrum formed from a plurality of discrete equally spaced lines.
  • the frequencies of the plurality of discrete equally spaced lines correspond to the resonance frequency of the longitudinal mode in the laser resonator.
  • the repetition frequency f rep and the carrier envelope offset frequency f CEO may change slightly due to disturbances such as vibrations or temperature changes to the optical comb laser source. This is because vibrations change the circumferential length L of the laser cavity, and temperature changes can also change the group velocity v g and phase velocity v p via changes in the refractive index of the laser cavity.
  • the repetition frequency f rep and the carrier envelope offset frequency f CEO are much lower than the optical frequency. Even a slight change in them can affect the identification of the mode frequency in the optical comb laser beam. For this reason, a conventional optical comb laser light source incorporates a modulation element that stabilizes the repetition frequency f rep and the carrier envelope offset frequency f CEO .
  • the modulation element includes, for example, a piezoelectric element such as a piezo element for suppressing vibration, and/or a temperature adjustment element such as a Peltier element for suppressing temperature change.
  • the modulation element may be provided outside the optical comb laser light source.
  • a part of the optical comb laser beam is detected, and based on the detected part, the circumferential length L of the laser resonator is made constant using a piezo element and a Peltier element. Feedback will be provided.
  • a part of the optical comb laser light is detected using a nonlinear optical effect, and the intensity of the excitation light input to the laser resonator is adjusted based on the detected part. Feedback is performed so that the nonlinearity within the laser resonator becomes constant.
  • FIG. 3 is a diagram showing frequency spectra of a first optical comb laser and a second optical comb laser in a dual comb.
  • f CEO1 is an example of the first CEO frequency and is the carrier envelope offset frequency of the first optical comb laser.
  • f CEO2 is an example of the second CEO frequency, and is the carrier envelope offset frequency of the second optical comb laser.
  • f rep1 is the repetition frequency of the first optical comb laser.
  • the frequency interval of the frequency spectrum of the interference light is ⁇ f rep , which is the difference between the repetition frequencies of the first optical comb laser and the second optical comb laser.
  • X in the figure represents a value from 0 to the lowest frequency mode.
  • F max represents the response frequency band of the detector. As shown in FIG. 4, if the frequency spectrum of the interference light falls within F max , detection of the dual comb signal is appropriate and can be used for various purposes such as ranging.
  • a response frequency band of a detector may be interpreted as a frequency band that is detectable by the detector.
  • ⁇ f rep may be the same as any fi.
  • ⁇ f rep (f 1 +...+F n )/n.
  • the minimum value of the response frequency band of the detector may be zero.
  • the minimum value of the response frequency band of the detector may be a value other than zero.
  • the lowest frequency mode is a result of interference between the i-th frequency mode f 1i of the first optical comb laser and the j-th frequency mode f 2j of the second optical comb laser.
  • f rep 3 GHz
  • ⁇ f rep 500 kHz
  • i 65000
  • i and j are values when the frequency of light is 195 THz.
  • a detector with a high response frequency band exceeding 1 GHz has a problem of high cost, which becomes a barrier to industrial application.
  • the present inventors conceived of a laser device that can control ⁇ f CEO so that dual comb measurements can be detected even with an inexpensive detector having a low response frequency band.
  • the couplers 30, 31, 32, and 33 are optical elements that separate or combine light, respectively.
  • the circulator 40 is an optical element that controls the traveling direction of light.
  • the collimator 50 is an optical element that converts light into parallel light and emits it.
  • a light condensing element such as a lens may be provided on the light output side of the collimator 50.
  • the detection unit 70 includes detectors 71 and 72.
  • the detectors 71 and 72 are optical elements that generate and output electrical signals by photoelectrically converting incident light.
  • the signal level of the electrical signal corresponds to the intensity of incident light.
  • the detectors 71 and 72 are, for example, photoelectric conversion elements such as photodiodes and phototransistors.
  • the signal processing circuit 80 acquires information regarding the frequency spectrum of the dual comb signal based on the output of the detection unit 70.
  • the dual comb signal is a frequency spectrum of interference light, and is, for example, the signal shown in FIG. 4. A specific example of information regarding the frequency spectrum will be described later.
  • the signal processing circuit 80 (1) transmits information corresponding to the output of the detection unit 70 (that is, an electrical signal corresponding to the interference light) to a spectrum analyzer connected to the laser device 100 wirelessly or by wire; ) A frequency spectrum corresponding to the output of the detection unit 70, that is, corresponding to the interference light may be received from the spectrum analyzer.
  • the signal processing circuit 80 calculates the distance to the target object 60 based on the output of the detection unit 70.
  • the signal processing circuit 80 may calculate the distance to each part of the surface of the object 60 based on the output of the detection unit 70. Thereby, the signal processing circuit 80 can obtain information regarding the surface shape of the target object 60.
  • the control circuit 90 changes ⁇ f CEO by controlling at least one of f CEO1 and f CEO2 based on the output of the detection unit 70.
  • the specific processing of the control circuit 90 will be explained later.
  • the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 are each realized by, for example, an LSI (Large Scale Integration) that is an integrated circuit (IC). Note that the integrated circuit is not limited to an LSI, and may be a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • signal processing circuit 80 and control circuit 90 may be microcontrollers.
  • a microcontroller includes, for example, a nonvolatile memory in which a program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input/output port, a processor that executes the program, and the like.
  • the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 may be a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) or a reconfigurable processor in which connections and settings of circuit cells within an LSI can be reconfigured.
  • the functions performed by the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 may be realized by software or hardware.
  • the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 may be realized by a common hardware configuration.
  • optical fibers shown by broken lines in FIG. Specifically, couplers 30, 31, 32, and 33, a circulator 40, a collimator 50, and detectors 71 and 72 are arranged on the optical fiber path.
  • the first optical comb laser 10 and the second optical comb laser 20 are connected to the ends of the optical fibers.
  • the first optical comb laser beam 10L is divided into two parts, a light 10Lt and a light 10Lr, by the coupler 30.
  • the light 10Lt is an optical comb laser beam for measurement, and is emitted toward the object 60.
  • the light 10Lr is a reference optical comb laser beam.
  • the light 10Lt passes through the circulator 40, is emitted from the collimator 50, and enters the object 60.
  • the light 10Lt is then reflected by the object 60.
  • the reflected light 10R from the object 60 enters the collimator 50, it is directed to the coupler 33 by the circulator 40. Further, the light 10Lr goes from the coupler 30 to the coupler 32.
  • the second optical comb laser beam 20L is divided into two parts, a light 20Lr and a light 20Lt, by the coupler 31.
  • the light 20Lt is an optical comb laser beam for measurement.
  • the light 20Lr is a reference optical comb laser beam.
  • the light 20Lr is combined with the light 10Lr at the coupler 32 and heads toward the detector 71. Further, the light 20Lt is combined with the reflected light 10R at the coupler 33 and heads toward the detector 72. When these lights interfere with each other in the detector 71 or 72, a beat is generated, and the light information is converted into an electrical signal. Electrical signals output from each of detectors 71 and 72 are input to signal processing circuit 80 .
  • the signal processing circuit 80 uses the electric signal output from the detector 71 as a reference signal and the electric signal output from the detector 72 as a measurement signal to perform arithmetic processing and calculate the distance to the target object 60.
  • the control circuit 90 controls the value of the carrier envelope offset frequency of at least one of the first optical comb laser 10 and the second optical comb laser 20 based on the electrical signal output from the detector 71, so that the difference frequency ⁇ f CEO change.
  • the laser device 100 starts operating in response to a start signal from an input means (not shown).
  • the input means is, for example, a physical button or a touch panel display that can be operated by the user.
  • the input means is, for example, a physical button or a touch panel display that can be operated by the user.
  • There are multiple methods for controlling the ⁇ f CEO and each method will be explained in turn below.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the lowest frequency mode in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of laser device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is to control so that X in FIG. 4 does not take a negative value. If X becomes a negative value, as shown in FIG. 7, the frequency spectrum will fold back around the zero value due to aliasing, making it impossible to properly detect the dual comb signal. Note that FIG. 7 is a diagram showing an example of an inappropriate frequency spectrum of a dual comb signal.
  • Step S10 the signal processing circuit 80 acquires a dual comb signal detected by at least one of the detectors 71 and 72.
  • the dual comb signal obtained here is time information of a pulse train as shown in FIG. Next, the process advances to step S11.
  • Step S11 the signal processing circuit 80 acquires frequency information by converting the acquired time information.
  • the frequency information acquired here is a frequency spectrum of interference light, for example, a frequency spectrum as shown in FIG. 4.
  • the signal processing circuit 80 performs fast Fourier transform as an example of calculations used for conversion, but other methods may be used as long as time information can be converted into frequency information.
  • the signal processing circuit 80 outputs the acquired frequency information to the control circuit 90.
  • the process advances to step S12.
  • Step S12 the control circuit 90 obtains ⁇ f rep , which is the difference in repetition frequency.
  • ⁇ f rep the repetition frequency
  • the control circuit 90 controls the repetition frequency f rep1 of the first optical comb laser 10 and the repetition frequency f rep2 of the second optical comb laser 20
  • An example of controlling the repetition frequency is to control the cavity length of each of the first optical comb laser 10 and the second optical comb laser 20 by feedback control, but if the repetition frequency can be controlled, other It doesn't matter what method you use. Further, as long as information on ⁇ f rep can be obtained, a method other than the above may be used.
  • the process advances to step S13.
  • step S13 the control circuit 90 obtains first information regarding the lowest frequency mode of the frequency spectrum obtained in step S12. Specifically, the first information is the mode frequency f min of the lowest frequency mode. As an example, the control circuit 90 can detect f min by performing peak detection in the frequency spectrum, but other methods may be used as long as f min can be detected. Next, the process advances to step S14.
  • step S14 the control circuit 90 determines whether f min is smaller than ⁇ f rep . In step S14, if f min is smaller than ⁇ f rep , that is, if Yes in step S14, the process advances to step S15. On the other hand, if f min is greater than or equal to ⁇ f rep in step S14, that is, if No in step S14, the control of ⁇ f CEO based on the lowest frequency mode ends. If No in step S14, ⁇ f CEO does not need to be changed.
  • step S15 the control circuit 90 changes ⁇ f CEO by controlling at least one of f CEO1 of the first optical comb laser 10 and f CEO2 of the second optical comb laser 20.
  • the control circuit 90 changes at least one of f CEO1 and f CEO2 by adjusting the output of the excitation source of the first optical comb laser 10 or the second optical comb laser 20, but does not change the value of f CEO1 or f CEO2 . If it can be changed, other methods such as control using an AOM (Acoustic Optic Modulator) may be used.
  • AOM Acoustic Optic Modulator
  • FIG. 7 shows an example where X shown in FIG. 4 takes a negative value and aliasing occurs.
  • Two frequency modes represented by broken lines
  • the lowest frequency mode is the third frequency mode from the left when no aliasing occurs, as shown in FIG.
  • the control circuit 90 increases ⁇ f CEO by changing the value of f CEO1 or f CEO2 .
  • the amount by which ⁇ f CEO is increased is adjusted as appropriate. Note that if ⁇ f CEO is made too large, a problem arises in that it exceeds the response frequency band. How to deal with this problem will be explained in detail later using FIGS. 8 and 9.
  • the signal processing circuit 80 may acquire the dual comb signal detected by each of the detectors 71 and 72.
  • the dual comb signals detected by each of detectors 71 and 72 are required.
  • the position of the frequency spectrum may shift slightly due to the Doppler effect of light.
  • the dual comb signals of each of the detectors 71 and 72 are acquired, and the processes of steps S11 to S15 are executed for each. Good too. The same applies to FIGS. 8, 10, and 12.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the highest frequency mode in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of laser device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 The process shown in FIG. 8 is to control the frequency spectrum so that it does not exceed the maximum value F max of the response frequency bands of the detectors 71 and 72 in FIG. 4 . If the frequency spectrum exceeds the maximum value F max of the response frequency bands of the detectors 71 and 72, the frequency spectrum will be aliased around F max due to aliasing, as shown in FIG. The signal cannot be detected properly.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an inappropriate frequency spectrum of a dual comb signal.
  • the laser device 100 starts operating in response to a start signal from an input means (not shown). Steps S10, S11, and S12 are the same as the processing shown in FIG. 6, so their explanation will be omitted.
  • step S23 the control circuit 90 obtains second information regarding the highest frequency mode of the frequency spectrum obtained in step S11.
  • the second information is the mode frequency f max of the highest frequency mode.
  • the control circuit 90 can detect f max by performing peak detection in the frequency spectrum, but other methods may be used as long as f max can be detected.
  • the process advances to step S24.
  • step S24 the control circuit 90 determines whether f max is greater than F max ⁇ f rep . In step S24, if f max is larger than F max ⁇ f rep , that is, if Yes in step S24, the process advances to step S25. On the other hand, if f max is less than or equal to F max ⁇ f rep in step S24, that is, if No in step S24, the control of ⁇ f CEO based on the highest frequency mode ends.
  • step S25 the control circuit 90 changes ⁇ f CEO by controlling at least one of f CEO1 of the first optical comb laser 10 and f CEO2 of the second optical comb laser 20.
  • the control circuit 90 changes at least one of f CEO1 and f CEO2 by adjusting the output of the excitation source of the first optical comb laser 10 or the second optical comb laser 20, but does not change the value of f CEO1 or f CEO2 . If it can be changed, other methods such as control using an AOM may be used.
  • the process returns to step S10 and the above process is repeated. If No in step S24, ⁇ f CEO does not need to be changed.
  • FIG. 9 shows an example in which aliasing occurs when the frequency spectrum exceeds the maximum value F max of the response frequency band.
  • Five frequency modes represented by broken lines
  • the highest frequency mode is the sixth frequency mode from the right when aliasing does not occur, as shown in FIG.
  • the control circuit 90 reduces ⁇ f CEO by changing the value of f CEO1 or f CEO2 .
  • the amount by which ⁇ f CEO is reduced is adjusted as appropriate. Note that if ⁇ f CEO is made too small, a problem arises in that X takes a negative value.
  • the response to this problem is as described using FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the process of controlling ⁇ f CEO based on the frequency interval in the frequency spectrum of the dual comb signal, among the operations of laser device 100 according to the present embodiment.
  • the process shown in FIG. 10 is for controlling so that aliasing does not occur. If the frequency spectrum is folded back due to aliasing, the fact that a frequency interval smaller than ⁇ f rep occurs in the frequency spectrum is utilized, as shown in FIG.
  • frequency intervals between adjacent frequency modes are represented by f 1 to f 8 . Due to the occurrence of aliasing, f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 all become smaller than ⁇ f rep (Yes in step S34), so the control circuit 90 changes the value of f CEO1 or f CEO2 . This changes ⁇ f CEO . The amount by which ⁇ f CEO is changed is adjusted as appropriate.
  • Step S43 the control circuit 90 acquires one of the lowest frequency mode mode frequency f min , the highest frequency mode mode frequency f max , and frequency interval f i for the frequency spectrum acquired in step S11.
  • the control circuit 90 can detect f min , f max and f i by performing peak detection in the frequency spectrum, but if it can detect f min , f max and f i , other It doesn't matter what method you use.
  • step S14 if f min is detected, the process proceeds to step S14, if f max is detected, the process proceeds to step S24, and if f i is detected, the process proceeds to step S34.
  • the processing in each step S14, S24, and S34 is the same as the processing shown in FIGS. 6, 8, and 10. The same applies to steps S15, S25, and S35.
  • the laser device 100 starts operating in response to a start signal from an input means (not shown).
  • step S53 the control circuit 90 determines whether the accuracy ⁇ i calculated in step S52 is greater than the previous accuracy ⁇ i ⁇ 1 .
  • the smaller the value of precision ⁇ i the better the precision, that is, the smaller the error between the distance measurement result and the actual distance.
  • step S53 if ⁇ i is greater than ⁇ i ⁇ 1 , that is, if Yes in step S53, the process advances to step S54.
  • step S53 if ⁇ i is smaller than ⁇ i ⁇ 1 in step S53, that is, if No in step S53, the control of ⁇ f CEO based on the accuracy of the distance ends. If No in step S53, ⁇ f CEO does not need to be changed.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a process for controlling ⁇ f CEO as a calibration before measurement among the operations of the laser device 100 according to the present embodiment.
  • Step S62 it is determined whether to end distance measurement. Specifically, the signal processing circuit 80 or the control circuit 90 determines whether an end signal is input from an input means (not shown). If the measurement is to be completed in step S62, that is, in the case of Yes in step S62, the distance measurement is completed. On the other hand, if the measurement is to be continued in step S62, that is, if No in step S62, the process advances to step S61.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of the process of controlling ⁇ f CEO as feedback during measurement among the operations of laser device 100 according to the present embodiment.
  • the processing executed by a specific processing unit may be executed by another processing unit.
  • the order of the plurality of processes may be changed, or the plurality of processes may be executed in parallel.
  • the processing described in the above embodiments may be realized by performing centralized processing using a single device (system), or by performing distributed processing using multiple devices. It's okay.
  • the number of processors that execute the above program may be a single processor or a plurality of processors. That is, centralized processing or distributed processing may be performed.
  • all or part of the components such as the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 may be configured with dedicated hardware, or a software program suitable for each component may be executed. It may be realized by doing.
  • Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or semiconductor memory. good.
  • a program execution unit such as a CPU (Central Processing Unit) or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as an HDD (Hard Disk Drive) or semiconductor memory. good.
  • components such as the signal processing circuit 80 and the control circuit 90 may be composed of one or more electronic circuits.
  • Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • the one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an IC, or an LSI.
  • An IC or LSI may be integrated into one chip or into multiple chips. Here, it is called an IC or an LSI, but the name changes depending on the degree of integration, and may be called a system LSI, VLSI (Very Large Scale Integration), or ULSI (Very Large Scale Integration).
  • an FPGA that is programmed after the LSI is manufactured can also be used for the same purpose.
  • general or specific aspects of the present disclosure may be implemented in a system, apparatus, method, integrated circuit, or computer program.
  • the computer program may be implemented in a computer-readable non-transitory recording medium such as an optical disk, HDD, or semiconductor memory.
  • the present invention may be realized by any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
  • FIG. 16 is a diagram showing the processing flow of this modification.
  • the laser device is: a first optical comb laser; a second optical comb laser; a detection section; comprising a control circuit;
  • the control circuit causes the first optical comb laser to output light (1,p) in a p-th period
  • the control circuit causes the second optical comb laser to output light (2, p) in a p-th period
  • the detection unit receives light (3,p) based on the light (1,p) and the light (2,p),
  • the f 1, n, p is the optical frequency of the n-th mode shown in the frequency spectrum characteristic (1, p) of the light (1, p)
  • the f2 ,n,p is the optical frequency of the n-th mode shown in the frequency spectrum characteristic (2,p) of
  • the light (1, p) may be a laser light output by the first optical comb laser 10 in the p-th period.
  • the light (2, p) may be a laser light output by the second optical comb laser 20 in the p-th period.
  • the light (3,p) may be light based on the light (1,p) and the light (2,p), and may be light that the detector 32 receives from the coupler 32.
  • the pth period may start at time t p and end at time t (p+1) .
  • the control circuit may cause the first optical comb laser to stop outputting the light (1,p) at a time that is after the time t p and before the time t (p+1 ). good.
  • the control circuit may cause the second optical comb laser to stop outputting the light (2,p) at a time that is after the time t p and before the time t (p+1). good.
  • the time at which the output of the light (2,p) ends may be after the time t p and before the time t (p+1) .
  • the laser device according to the second item is the laser device according to the first item, the frequency spectrum characteristic (3, p) indicates f min ⁇ f rep ;
  • the f min is a wavelength corresponding to the lowest frequency mode among the plurality of frequency modes shown in the frequency spectrum characteristic (3,p)
  • the ⁇ f rep is the absolute value of the difference between two frequencies corresponding to two adjacent frequency modes in the frequency spectrum characteristic (3,p).
  • the laser device is the laser device according to the first item, the frequency spectrum characteristic (3,p) indicates f max >(F max - ⁇ f rep );
  • the f max is a wavelength corresponding to the highest frequency mode among the plurality of frequency modes shown in the frequency spectrum characteristic (3, p),
  • the F max is the largest frequency included in a frequency band detectable by the detection unit,
  • the ⁇ f rep is the absolute value of the difference between two frequencies corresponding to two adjacent frequency modes in the frequency spectrum characteristic (3,p).
  • the present disclosure can be used in devices, systems, or methods that perform distance measurement or displacement measurement, and can be used, for example, in distance measurement sensors, displacement meters, shape inspection devices, and the like.

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Abstract

レーザ装置（１００）は、第１光コムレーザ（１０）と、第１光コムレーザ（１０）とは繰り返し周波数が異なる第２光コムレーザ（２０）と、第１光コムレーザ（１０）からの出力光と第２光コムレーザ（２０）からの出力光とによる干渉光を検出する検出部（７０）と、制御回路（９０）と、を備える。制御回路（９０）は、第１光コムレーザ（１０）のキャリアエンベロープオフセット周波数である第１ＣＥＯ周波数と、第２光コムレーザ（２０）のキャリアエンベロープオフセット周波数である第２ＣＥＯ周波数との少なくとも一方を、検出部（７０）の出力に基づいて制御することで、第１ＣＥＯ周波数と第２ＣＥＯ周波数との差である差分周波数を変化させる。

Description

レーザ装置
　本開示は、レーザ装置に関する。
　従来、光周波数コムレーザまたは単に光コムレーザと称されるレーザ光源が知られている。具体的には、光周波数コムレーザは、時間軸上ではパルス波形が等間隔に並び、かつ、周波数軸上ではスペクトルが等間隔に並んだレーザ光を出力する光源である。
　特許文献１には、２つの発振器のキャリアエンベロープオフセット周波数（ｆＣＥＯ）の差を安定させるように制御するコヒーレントデュアル走査レーザシステムが開示されている。また、特許文献２には、２つの発振器のキャリアエンベロープオフセット周波数（ｆＣＥＯ）の差が繰り返し周波数（ｆｒｅｐ）の整数倍になるように制御する光コムの制御方法が開示されている。
特許第５６６３４９９号公報 特許第６９６３３２２号公報
　しかしながら、上記従来技術のように、キャリアエンベロープオフセット周波数の差を安定にするだけでは、出力される光を検出器で精度良く検出することができない場合がある。
　本開示は、検出器で精度良く検出することができる光を出力するレーザ装置を提供する。
　本開示の一態様に係るレーザ装置は、第１光コムレーザと、前記第１光コムレーザとは繰り返し周波数が異なる第２光コムレーザと、前記第１光コムレーザからの出力光と前記第２光コムレーザからの出力光とによる干渉光を検出する検出部と、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第１ＣＥＯ周波数と、前記第２光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第２ＣＥＯ周波数との少なくとも一方を、前記検出部の出力に基づいて制御することで、前記第１ＣＥＯ周波数と前記第２ＣＥＯ周波数との差である差分周波数を変化させる。
　本開示によれば、検出器で精度良く検出することができる光を出力するレーザ装置を提供することができる。
図１は、光コムレーザ光の電界の時間変化を模式的に示す図である。 図２は、光コムレーザ光の周波数スペクトルを模式的に示す図である。 図３は、デュアルコムにおける２つの光コムレーザ光の周波数スペクトルを模式的に示す図である。 図４は、デュアルコムにおける干渉後の周波数スペクトルを模式的に示す図である。 図５は、実施の形態に係るレーザ装置の一例を模式的に示す図である。 図６は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける最も低い周波数モードに基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。 図７は、デュアルコム信号の周波数スペクトルの不適切な一例を示す図である。 図８は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける最も高い周波数モードに基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。 図９は、デュアルコム信号の周波数スペクトルの不適切な一例を示す図である。 図１０は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける周波数間隔に基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。 図１１は、デュアルコム信号の周波数スペクトルの不適切な一例を示す図である。 図１２は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルに基づいてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、デュアルコム信号から算出した距離の精度に基づいてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。 図１４は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、測定前のキャリブレーションとしてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。 図１５は、実施の形態に係るレーザ装置の動作のうち、随時フィードバックとしてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。 図１６は、変形例の処理の流れを示す図である。
　（本開示の概要）
　光コムレーザでは、２つのパラメータが重要である。１つはスペクトル間隔を表す「繰り返し周波数」（ｆｒｅｐ）である。もう１つはスペクトルを０まで外挿していった際の余りを表す「キャリアエンベロープオフセット周波数」（ｆＣＥＯ）である。これらのパラメータは、振動および温度などの外乱によって僅かに変化してしまう。これに対して、ペルチェ素子またはピエゾ素子などの変調機器を光コムレーザに組み込むことで、これらのパラメータを安定化させることができる。これにより、精密測定を実現することができる。
　この光コムレーザを２つ用意し、それぞれの繰り返し周波数を僅かにずらしたものを干渉させて計測する手法をデュアルコムと呼ぶ。デュアルコムでは、繰り返し周波数がそれぞれｆｒｅｐ、ｆｒｅｐ＋δｆｒｅｐである２つの光コムレーザが干渉することで、ビート（うなり）が発生する。結果として、間隔がδｆｒｅｐのスペクトルを取得することができる。ここで重要なのは、干渉前の光コムレーザのスペクトルは、光の周波数であるＴＨｚ領域である一方で、干渉後のスペクトルはラジオ周波数のＭＨｚ領域になることである。
　従来の検出器は、応答周波数がＧＨｚ以下のため、物理的にＴＨｚ領域の光の信号を検出できない。そのため、従来では光の波長を調べる際には直接に検出器を用いることができず、代わりに分光器を使って光を波長毎に分けた後に検出器を用いて検出する。この場合、波長の掃引に時間がかかってしまい短期間にスペクトルの測定をすることができないという欠点がある。
　これに対して、デュアルコムの場合、光をＭＨｚ領域にダウンコンバージョンすることができるので分光器を介す必要がない。このため、従来に比べて、高速にスペクトルの測定ができるという長所がある。加えて、光の情報を直接測定できることから、高感度かつ高精度の測定を実現できる。これにより、分光測定、距離測定、周波数測定など多種多様な測定においてデュアルコムが用いられるようになっている。
　しかしながら、デュアルコムを利用する場合であっても、応答周波数帯域が狭い安価な検出器を用いた場合、２つの光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯの差であるδｆＣＥＯの値によっては、応答周波数帯域を越えてしまい、測定が困難になるケースがある。
　本開示の一態様に係るレーザ装置は、第１光コムレーザと、前記第１光コムレーザとは繰り返し周波数が異なる第２光コムレーザと、前記第１光コムレーザからの出力光と前記第２光コムレーザからの出力光とによる干渉光を検出する検出部と、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第１ＣＥＯ周波数と、前記第２光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第２ＣＥＯ周波数との少なくとも一方を、前記検出部の出力に基づいて制御することで、前記第１ＣＥＯ周波数と前記第２ＣＥＯ周波数との差である差分周波数を変化させる。
　これにより、干渉光を検出する検出部の出力を利用することで、差分周波数（δｆＣＥＯ）が検出部の応答周波数帯域内に入るように調整することができる。したがって、応答周波数帯域が狭い検出器を利用した場合でも、精度良く検出することができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの最も低い周波数モードに関する第１情報を取得し、取得した第１情報を用いて、前記差分周波数を大きくしてもよい。
　これにより、最も低い周波数モードが応答周波数帯域内の適切な範囲に検出されるようにすることができる。このため、エイリアシングなどの発生により、検出精度の低下を抑制することができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの最も高い周波数モードに関する第２情報を取得し、取得した第２情報を用いて、前記差分周波数を小さくしてもよい。
　これにより、最も高い周波数モードが応答周波数帯域内の適切な範囲に検出されるようにすることができる。このため、エイリアシングなどの発生により、検出精度の低下を抑制することができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの周波数間隔に関する第３情報を取得し、取得した第３情報を用いて、前記差分周波数を変化させてもよい。
　これにより、エイリアシングの発生の有無を検出できる。このため、エイリアシングが発生している場合には、干渉光の周波数スペクトルを応答周波数帯域内に収まるようにすることができ、検出精度の低下を抑制することができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記検出部は、前記第１光コムレーザからの出力光の、対象物による反射光と、前記第２光コムレーザからの出力光との干渉光を検出し、前記レーザ装置は、前記検出部の出力に基づいて前記対象物までの距離を算出する信号処理回路を備えてもよい。
　これにより、対象物に対する測距および形状の検査などを精度良く行うことができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記信号処理回路が算出した距離の精度に基づいて前記差分周波数を変化させてもよい。
　これにより、距離の精度を高めることができる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記距離の算出を行う前に前記差分周波数を変化させてもよい。
　これにより、差分周波数（δｆＣＥＯ）のキャリブレーションが可能になるので、測定時には最初から精度良く測定が可能になる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置では、例えば、前記制御回路は、前記距離の算出を行いながら前記差分周波数を変化させしてもよい。
　これにより、差分周波数（δｆＣＥＯ）のフィードバックが可能になるので、測定しながら精度を高めることができる。なお、「距離の算出を行いながら」とは、距離の算出と差分周波数の変化とを実質的に同時並行的に行うことを意味する。例えば、「距離の算出を行いながら」は、距離の算出と差分周波数の変化とを完全に同時に行う場合だけでなく、それぞれを交互に繰り返し行う場合も意味する。交互の繰り返しは、１回ずつ交互に繰り返してもよく、一方の処理を複数回行った場合に、他方の処理を１回行う場合も含んでいる。
　また、本開示の一態様に係るレーザ装置は、上述した各態様に係るレーザ装置の構成要素を適宜組み合わせて構成されてもよい。
　以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
　また、本明細書において、「第１」、「第２」などの序数詞は、特に断りの無い限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。
　（実施の形態）
　［光コムレーザ］
　まず、図１および図２を参照して、光コムレーザの基本原理を簡単に説明する。
　図１は、光コムレーザ光の電界の時間変化の例を模式的に示す図である。図１において、横軸は時間を表し、縦軸は光コムレーザ光の電界を表している。なお、光コムレーザ光は、光周波数コムレーザ光とも呼ばれる。また、本明細書では、単にレーザ光と記載する場合もある。
　図１に示すように、光コムレーザ光は、繰り返し周期Ｔｒｅｐで発生する光パルス列から形成されている。繰り返し周期Ｔｒｅｐは、例えば１ｐｓ以上１００ｎｓ以下である。各光パルスの半値全幅はΔｔによって表される。各光パルスの半値全幅Δｔは、例えば１０ｆｓ以上１００ｐｓ以下である。
　レーザ共振器では、光パルスの包絡線が伝搬する群速度ｖｇと、光パルス内の波が伝搬する位相速度ｖｐとが、共振器内の分散などにより異なる値をとる。群速度ｖｇと位相速度ｖｐとの違いに起因して、隣接する２つの光パルスを包絡線が一致するように重ねると、これらの光パルス内の波の位相はΔφだけシフトする。Δφは０から２πの間の値をとる。つまり、０≦Δφ≦２πである。光パルス列の繰り返し周期は、レーザ共振器の周回長（ｒｏｕｎｄ－ｔｒｉｐ　ｌｅｎｇｔｈ）をＬとして、Ｔｒｅｐ＝Ｌ／ｖｇによって表される。
　図２は、光コムレーザ光の周波数スペクトルを模式的に示す図である。図２において、横軸は周波数を表し、縦軸は光コムレーザ光の強度を表している。
　図２に示すように、光コムレーザ光は、複数の離散的な等間隔線から形成された櫛状の周波数スペクトルを有する。複数の離散的な等間隔線の周波数は、レーザ共振器における縦モードの共振周波数に相当する。光コムレーザ光における隣接する２つの等間隔線の間隔に相当する繰り返し周波数は、ｆｒｅｐ＝１／Ｔｒｅｐによって表される。繰り返し周波数ｆｒｅｐは、例えば１０ＭＨｚ以上１ＴＨｚ以下である。レーザ共振器の周回長Ｌは３０ｃｍであり、かつ、群速度ｖｇが真空中の光速（＝３×１０８ｍ／ｓ）にほぼ等しい場合、繰り返し周期Ｔｒｅｐは１ｎｓになり、繰り返し周波数ｆｒｅｐは１ＧＨｚになる。
　光コムレーザ光の半値全幅をΔｆとした場合、Δｆ＝１／Δｔである。光コムレーザ光の半値全幅Δｆは、例えば１０ＧＨｚ以上１００ＴＨｚ以下である。等間隔線がゼロ周波数付近まで存在すると仮定した場合における、ゼロ周波数に最も近い等間隔線の周波数は、キャリアエンベロープオフセット周波数と呼ばれる。キャリアエンベロープオフセット周波数は、ｆＣＥＯ＝（Δφ／（２π））ｆｒｅｐによって表される。キャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯは、０から繰り返し周波数ｆｒｅｐの間の値をとる。つまり、０≦ｆＣＥＯ≦ｆｒｅｐである。キャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯを０番目のモード周波数とすると、光コムレーザ光におけるｎ番目のモード周波数ｆｎは、ｆｎ＝ｆＣＥＯ＋ｎｆｒｅｐによって表される。図１に示す光コムレーザ光の電界は、ｎ番目のモード周波数ｆｎでの電界の振幅および位相をそれぞれＥｎおよびφｎとして、Ｅ（ｔ）＝ΣｎＥｎｅｘｐ［－ｉ（２πｆｎｔ＋φｎ）］によって表される。
　繰り返し周波数ｆｒｅｐおよびキャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯは、光コムレーザ光源に対する振動または温度変化などの外乱によって僅かに変化し得る。これは、振動がレーザ共振器の周回長Ｌを変化させ、また、温度変化がレーザ共振器の屈折率変化を介して群速度ｖｇおよび位相速度ｖｐを変化させ得るからである。繰り返し周波数ｆｒｅｐおよびキャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯは、光の周波数よりもはるかに低い。それらの僅かな変化でも、光コムレーザ光におけるモード周波数の特定に影響を及ぼし得る。このため、従来の光コムレーザ光源には、繰り返し周波数ｆｒｅｐおよびキャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯを安定化させる変調素子が組み込まれている。
　変調素子は、例えば、ピエゾ素子などの振動を抑制するための圧電素子、および／または、ペルチェ素子などの温度変化を抑制するための温度調整素子を含む。変調素子は、光コムレーザ光源の外部に設けられてもよい。繰り返し周波数ｆｒｅｐを安定化するために、光コムレーザ光の一部を検出し、検出した当該一部に基づいて、ピエゾ素子およびペルチェ素子を用いてレーザ共振器の周回長Ｌが一定になるように、フィードバックが行われる。キャリアエンベロープオフセット周波数ｆＣＥＯを安定化するために、非線形光学効果を用いて光コムレーザ光の一部を検出し、検出した当該一部に基づいて、レーザ共振器に入力する励起光の強度を調整することによってレーザ共振器内の非線形性が一定になるように、フィードバックが行われる。
　［デュアルコム］
　次に、図３および図４を参照して、デュアルコムの原理を簡単に説明する。
　図３は、デュアルコムにおける第１光コムレーザと第２光コムレーザとの周波数スペクトルを示す図である。第１光コムレーザ光では、ｎ番目のモード周波数ｆ１ｎは、ｆ１ｎ＝ｆＣＥＯ１＋ｎｆｒｅｐ１によって表される。また、第２光コムレーザ光では、ｎ番目のモード周波数ｆ２ｎは、ｆ２ｎ＝ｆＣＥＯ２＋ｎｆｒｅｐ２によって表される。ｆＣＥＯ１は、第１ＣＥＯ周波数の一例であり、第１光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である。ｆＣＥＯ２は、第２ＣＥＯ周波数の一例であり、第２光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である。ｆｒｅｐ１は、第１光コムレーザの繰り返し周波数である。ｆｒｅｐ２は、第２光コムレーザの繰り返し周波数である。ｆｒｅｐ１およびｆｒｅｐ２は互いに異なり、ｆｒｅｐ２＝ｆｒｅｐ１＋δｆｒｅｐの関係が成り立つ。δｆｒｅｐは、ｆｒｅｐ１よりもはるかに小さい。δｆｒｅｐは、例えば１Ｈｚ以上１０ＭＨｚ以下である。
　図４は、デュアルコムにおける干渉光の周波数スペクトルを模式的に示す図である。図３における第１光コムレーザと第２光コムレーザとのそれぞれの周波数モードにおいて最近接同士で干渉した結果、図４に示されているような周波数スペクトルが検出される。この干渉光の周波数スペクトルは、デュアルコム信号とも称される。
　干渉光の周波数スペクトルの周波数間隔は、第１光コムレーザおよび第２光コムレーザの繰り返し周波数の差であるδｆｒｅｐとなる。図中のＸは、０から最も低い周波数モードまでの値を表している。Ｆｍａｘは、検出器の応答周波数帯域を表している。図４に示すように干渉光の周波数スペクトルが、Ｆｍａｘの中に収まっていればデュアルコム信号の検出が適切であり、測距などの様々な用途に利用することができる。検出器の応答周波数帯域は、検出器が検出可能な周波数帯域であると解釈されてもよい。図４において、δｆｒｅｐは任意のfｉと同じであってもよい。δｆｒｅｐ＝（ｆ１＋・・・＋Ｆｎ）/ｎであってもよい。検出器の応答周波数帯域の最小値は、ゼロであってもよい。検出器の応答周波数帯域の最小値は、ゼロ以外の値であってもよい。
　ここで、最も低い周波数モードが第１光コムレーザのｉ番目の周波数モードｆ１ｉと第２光コムレーザのｊ番目の周波数モードｆ２ｊとで干渉したものである場合を想定する。この場合、Ｘ＝ｆ２ｊ－ｆ１ｉ＝（ｆＣＥＯ２－ｆＣＥＯ１）＋（ｊ－ｉ）ｆｒｅｐ＋ｊδｆｒｅｐとなる。
　一例として、ｆｒｅｐ＝３ＧＨｚ、δｆｒｅｐ＝５００ｋＨｚ、ｉ＝６５０００、ｊ＝６４９８９と仮定すると、Ｘ＝（ｆＣＥＯ２－ｆＣＥＯ１）＋５０６ＭＨｚになる。ここで、ｉとｊとは光の周波数を１９５ＴＨｚとしたときの値である。一方、全モード本数を２００本とすると、周波数スペクトルの帯域は１００ＭＨｚ（＝δｆｒｅｐ×２００）である。
　以上より、Ｆｍａｘ≧Ｘ＋１００ＭＨｚ＝δｆＣＥＯ＋６０６ＭＨｚであればきちんと検出することができる。ここで、δｆＣＥＯは、第１ＣＥＯ周波数と第２ＣＥＯ周波数との差である差分周波数の一例である。具体的には、δｆＣＥＯ＝ｆＣＥＯ２－ｆＣＥＯ１が満たされる。δｆＣＥＯがとる値の最高としては約３ＧＨｚであることから、場合によっては３．６ＧＨｚの応答周波数帯域を有する検出器が必要になる。
　一般に、１ＧＨｚを超えるような応答周波数帯域が高い検出器は、コストが高くなってしまい、産業応用する際の障壁になるという課題がある。本発明者らは、低い応答周波数帯域を有する安価な検出器でもデュアルコム測定の検出が可能になるように、δｆＣＥＯを制御することができるレーザ装置を想到した。
　［レーザ装置の構成］
　以下、本開示の実施の形態に係るレーザ装置の具体的な構成を説明する。
　図５は、実施の形態に係るレーザ装置の一例を模式的に示す図である。まず、図５を参照して、本開示の実施の形態に係るレーザ装置１００の基本的な構成例を説明する。レーザ装置１００は、対象物６０までの距離の測定、すなわち、測距を行う。あるいは、レーザ装置１００は、対象物６０の形状の検査などを行ってもよい。
　図５に示すように、レーザ装置１００は、第１光コムレーザ１０と、第２光コムレーザ２０と、検出部７０と、信号処理回路８０と、制御回路９０と、を備える。また、レーザ装置１００は、光路を調整する光学素子として、カプラ３０、３１、３２および３３と、サーキュレータ４０と、コリメータ５０と、を備える。
　第１光コムレーザ１０は、レーザ共振器を含む光コムレーザ光源である。第１光コムレーザ１０は、第１光コムレーザ光１０Ｌを出力光として出力する。第１光コムレーザ光１０Ｌは、例えば図３の上段に示すように、繰り返し周波数がｆｒｅｐ１で、キャリアエンベロープオフセット周波数がｆＣＥＯ１のレーザ光である。
　第２光コムレーザ２０は、レーザ共振器を含む光コムレーザ光源である。第２光コムレーザ２０は、第１光コムレーザ１０とは繰り返し周波数が異なる。第２光コムレーザ２０は、第２光コムレーザ光２０Ｌを出力光として出力する。第２光コムレーザ光２０Ｌは、例えば図３の下段に示すように、繰り返し周波数がｆｒｅｐ２で、キャリアエンベロープオフセット周波数がｆＣＥＯ２のレーザ光である。
　カプラ３０、３１、３２および３３はそれぞれ、光を分波または結合する光学素子である。
　サーキュレータ４０は、光の進行方向を制御する光学素子である。
　コリメータ５０は、光を平行光にして出射する光学素子である。コリメータ５０の光出射側には、レンズなどの集光する素子が設けられてもよい。
　検出部７０は、検出器７１および７２を含む。検出器７１および７２はそれぞれ、入射する光を光電変換することで、電気信号を生成して出力する光学素子である。電気信号の信号レベルは、入射する光の強度に対応している。検出器７１および７２は、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの光電変換素子である。
　信号処理回路８０は、検出部７０の出力に基づいてデュアルコム信号の周波数スペクトルに関する情報を取得する。デュアルコム信号は、干渉光の周波数スペクトルであり、例えば、図４に示す信号である。周波数スペクトルに関する情報の具体例については、後で説明する。信号処理回路８０は、（１）検出部７０の出力（すなわち、干渉光に対応する電気信号）に対応する情報を、レーザ装置１００に無線または有線で接続されたスペクトラムアナライザに送信し、（２）当該スペクトラムアナライザから、検出部７０の出力に対応する、つまり、干渉光に対応する周波数スペクトルを受信してもよい。
　また、信号処理回路８０は、検出部７０の出力に基づいて対象物６０までの距離を算出する。信号処理回路８０は、検出部７０の出力に基づいて対象物６０の表面の部位毎に、当該部位までの距離を算出してもよい。これにより、信号処理回路８０は、対象物６０の表面形状に関する情報を得ることができる。
　制御回路９０は、ｆＣＥＯ１およびｆＣＥＯ２の少なくとも一方を、検出部７０の出力に基づいて制御することで、δｆＣＥＯを変化させる。制御回路９０の具体的な処理は、後で説明する。
　信号処理回路８０および制御回路９０はそれぞれ、例えば、集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）であるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）によって実現される。なお、集積回路は、ＬＳＩに限られず、専用回路または汎用プロセッサであってもよい。例えば、信号処理回路８０および制御回路９０は、マイクロコントローラであってもよい。マイクロコントローラは、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、および、プログラムを実行するプロセッサなどを含んでいる。また、信号処理回路８０および制御回路９０は、プログラム可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、または、ＬＳＩ内の回路セルの接続および設定が再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサであってもよい。信号処理回路８０および制御回路９０が実行する機能は、ソフトウェアで実現されてもよく、ハードウェアで実現されてもよい。信号処理回路８０および制御回路９０は、共通のハードウェア構成で実現されてもよい。
　次に、上述した各構成要素の主な接続関係について説明する。具体的には、第１光コムレーザ光１０Ｌおよび第２光コムレーザ光２０Ｌの光路に関する、各構成要素の接続関係について説明する。
　レーザ装置１００が備える各構成要素の多くは、図５では破線で示される光ファイバーによって繋がっている。具体的には、光ファイバーの経路上に、カプラ３０、３１、３２および３３、サーキュレータ４０、コリメータ５０ならびに検出器７１および７２が配置されている。第１光コムレーザ１０および第２光コムレーザ２０は、光ファイバーの端部に接続されている。
　第１光コムレーザ光１０Ｌは、カプラ３０によって光１０Ｌｔと光１０Ｌｒとの２つに分けられる。光１０Ｌｔは、測定用の光コムレーザ光であり、対象物６０に向けて出射される。光１０Ｌｒは、参照用の光コムレーザ光である。
　光１０Ｌｔは、サーキュレータ４０を通過し、コリメータ５０から出射されて対象物６０に入射する。そして、光１０Ｌｔは、対象物６０で反射される。対象物６０による反射光１０Ｒは、コリメータ５０に入射した後にサーキュレータ４０によってカプラ３３に向かう。また、光１０Ｌｒは、カプラ３０からカプラ３２に向かう。
　一方、第２光コムレーザ光２０Ｌは、カプラ３１によって光２０Ｌｒと光２０Ｌｔとの２つに分けられる。光２０Ｌｔは、測定用の光コムレーザ光である。光２０Ｌｒは、参照用の光コムレーザ光である。
　光２０Ｌｒは、カプラ３２で光１０Ｌｒと合わさって検出器７１に向かう。また、光２０Ｌｔは、カプラ３３で反射光１０Ｒと合わさって検出器７２に向かう。これらの光が検出器７１または７２でそれぞれ干渉することでビートが発生し、光の情報が電気信号に変換される。検出器７１および７２の各々から出力される電気信号は、信号処理回路８０に入力される。
　信号処理回路８０は、検出器７１から出力される電気信号を基準信号とし、検出器７２から出力される電気信号を測定信号として演算処理を行い、対象物６０までの距離を算出する。また、制御回路９０は、検出器７１から出力される電気信号に基づいて第１光コムレーザ１０および第２光コムレーザ２０の少なくとも一方のキャリアエンベロープオフセット周波数の値を制御することで、差分周波数δｆＣＥＯを変化させる。
　［δｆＣＥＯの制御の具体例］
　次に、δｆＣＥＯの制御方法の具体例について説明する。レーザ装置１００は、図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。入力手段は、例えば、ユーザが操作可能な物理ボタンまたはタッチパネルディスプレイなどである。δｆＣＥＯの制御方法としては、複数の方法があり、以下では、各方法について順に説明する。
　［最も低い周波数モードを利用］
　まず、最も低い周波数モードを利用する例について、図６および図７を用いて説明する。
　図６は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける最も低い周波数モードに基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。
　図６に示す処理は、図４においてＸが負の値をとらないように制御するものである。仮に、Ｘが負の値になった場合、図７に示すように、エイリアシングによって周波数スペクトルが０の値を境に折り返されてしまい、デュアルコム信号を適切に検出することができなくなる。なお、図７は、デュアルコム信号の周波数スペクトルの不適切な一例を示す図である。
　（ステップＳ１０）
　ステップＳ１０では、信号処理回路８０が、検出器７１および７２の少なくとも一方で検出したデュアルコム信号を取得する。ここで取得するデュアルコム信号は、図１に示すようなパルス列の時間情報である。次に、ステップＳ１１に進む。
　（ステップＳ１１）
　ステップＳ１１では、信号処理回路８０が、取得した時間情報を変換することで周波数情報を取得する。ここで取得する周波数情報は、干渉光の周波数スペクトルであり、例えば図４に示すような周波数スペクトルである。信号処理回路８０は、変換に用いる演算の一例として高速フーリエ変換を行うが、時間情報を周波数情報に変換できれば他の手法を用いてもよい。信号処理回路８０は、取得した周波数情報を制御回路９０に出力する。次に、ステップＳ１２に進む。
　（ステップＳ１２）
　ステップＳ１２では、制御回路９０が、繰り返し周波数の差であるδｆｒｅｐを取得する。例えば、制御回路９０が第１光コムレーザ１０の繰り返し周波数ｆｒｅｐ１および第２光コムレーザ２０の繰り返し周波数ｆｒｅｐ２を制御している場合、制御回路９０は、この制御情報に基づいてδｆｒｅｐ（＝ｆｒｅｐ２－ｆｒｅｐ１）を取得する。繰り返し周波数の制御の一例として、第１光コムレーザ１０および第２光コムレーザ２０の各々の共振器長をフィードバック制御によって制御することが挙げられるが、繰り返し周波数を制御することができていれば他の方法でも構わない。また、δｆｒｅｐの情報を取得できれば、上記とは別の方法を用いてもよい。次に、ステップＳ１３に進む。
　（ステップＳ１３）
　ステップＳ１３では、制御回路９０が、ステップＳ１２で取得した周波数スペクトルの最も低い周波数モードに関する第１情報を取得する。具体的には、第１情報は、最も低い周波数モードのモード周波数ｆｍｉｎである。一例として、制御回路９０は、周波数スペクトルにおいてピーク検出を行うことで、ｆｍｉｎを検出することができるが、ｆｍｉｎを検出することができれば他の方法でも構わない。次に、ステップＳ１４に進む。
　（ステップＳ１４）
　ステップＳ１４では、制御回路９０が、ｆｍｉｎがδｆｒｅｐより小さいか否かを判断する。ステップＳ１４において、ｆｍｉｎがδｆｒｅｐより小さい場合、すなわち、ステップＳ１４おいてＹｅｓの場合は、ステップＳ１５に進む。一方、ステップＳ１４においてｆｍｉｎがδｆｒｅｐ以上である場合、すなわち、ステップＳ１４においてＮｏの場合は、最も低い周波数モードに基づくδｆＣＥＯの制御は、終了する。ステップＳ１４においてＮｏの場合は、δｆＣＥＯを変化させなくてもよい。
　（ステップＳ１５）
　ステップＳ１５では、制御回路９０が、第１光コムレーザ１０のｆＣＥＯ１および第２光コムレーザ２０のｆＣＥＯ２の少なくとも一方を制御することで、δｆＣＥＯを変化させる。例えば、制御回路９０は、第１光コムレーザ１０または第２光コムレーザ２０の励起源の出力を調整することで、ｆＣＥＯ１およびｆＣＥＯ２の少なくとも一方を変更するが、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することができれば、例えばＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｏｐｔｉｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いた制御などの他の方法でもよい。δｆＣＥＯを変更した後にステップＳ１０に戻り、上記処理が繰り返される。
　図７は、図４に示したＸが負の値となってエイリアシングが発生している例を示している。モード周波数が負の値をとる２本の周波数モード（破線で表している）は、０の値を境に折り返された位置に検出される。この場合、最も低い周波数モードは、図７に示されるとおり、エイリアシングが発生していない場合の左から３番目の周波数モードである。この場合、ｆｍｉｎ＜δｆｒｅｐを満たしているので（ステップＳ１４でＹｅｓ）、制御回路９０は、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することで、δｆＣＥＯを大きくする。δｆＣＥＯを大きくする量は、適宜調整される。なお、δｆＣＥＯを大きくしすぎた場合には、応答周波数帯域を超えるという問題が生じる。当該問題への対応については、図８および図９を用いて後で詳細に説明する。
　これにより、モード周波数が負の値となる周波数モードがなくなるまで、すなわち、ｆｍｉｎ＜δｆｒｅｐが満たさなくなるまで、δｆＣＥＯを大きくする処理が繰り返される。これにより、δｆＣＥＯが小さすぎることに起因するエイリアシングの発生を抑制することができる。
　なお、ステップＳ１０では、信号処理回路８０は、検出器７１および７２の各々で検出したデュアルコム信号を取得してもよい。例えば、後述するような距離の測定結果を利用する場合には、検出器７１および７２の各々で検出したデュアルコム信号が必要である。また、対象物６０がある程度の速度で移動している場合は、光のドップラー効果によって僅かに周波数スペクトルの位置がずれる可能性がある。この場合に備えて、検出器７１および７２の各々でエイリアシングを発生させないように、検出器７１および７２の各々のデュアルコム信号を取得し、それぞれに対してステップＳ１１からＳ１５の処理を実行してもよい。図８、図１０、図１２においても同様である。
　［最も高い周波数モードを利用］
　次に、最も高い周波数モードを利用する例について、図８および図９を用いて説明する。
　図８は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける最も高い周波数モードに基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。
　図８に示す処理は、図４において周波数スペクトルが検出器７１および７２の応答周波数帯域の最大値Ｆｍａｘを超えないように制御するものである。仮に、周波数スペクトルが検出器７１および７２の応答周波数帯域の最大値Ｆｍａｘを超えてしまった場合、図９に示すように、エイリアシングによってＦｍａｘを境に周波数スペクトルが折り返されてしまい、デュアルコム信号を適切に検出することができなくなる。なお、図９は、デュアルコム信号の周波数スペクトルの不適切な一例を示す図である。
　レーザ装置１００は、図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。ステップＳ１０、Ｓ１１およびＳ１２は、図６に示した処理と同様のため、説明を省略する。
　（ステップＳ２３）
　ステップＳ２３では、制御回路９０は、ステップＳ１１で取得した周波数スペクトルの最も高い周波数モードに関する第２情報を取得する。第２情報は、最も高い周波数モードのモード周波数ｆｍａｘである。一例として、制御回路９０は、周波数スペクトルにおいてピーク検出を行うことで、ｆｍａｘを検出することができるが、ｆｍａｘを検出することができれば他の方法でも構わない。次に、ステップＳ２４に進む。
　（ステップＳ２４）
　ステップＳ２４では、制御回路９０が、ｆｍａｘがＦｍａｘ－δｆｒｅｐより大きい否かを判断する。ステップＳ２４において、ｆｍａｘがＦｍａｘ－δｆｒｅｐより大きい場合、すなわち、ステップＳ２４においてＹｅｓの場合は、ステップＳ２５に進む。一方、ステップＳ２４において、ｆｍａｘがＦｍａｘ－δｆｒｅｐ以下である場合、すなわち、ステップＳ２４においてＮｏの場合は、最も高い周波数モードに基づくδｆＣＥＯの制御は、終了する。
　（ステップＳ２５）
　ステップＳ２５では、制御回路９０が、第１光コムレーザ１０のｆＣＥＯ１および第２光コムレーザ２０のｆＣＥＯ２の少なくとも一方を制御することで、δｆＣＥＯを変化させる。例えば、制御回路９０は、第１光コムレーザ１０または第２光コムレーザ２０の励起源の出力を調整することで、ｆＣＥＯ１およびｆＣＥＯ２の少なくとも一方を変更するが、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することができれば、例えばＡＯＭを用いた制御などの他の方法でもよい。δｆＣＥＯを変更した後にステップＳ１０に戻り、上記処理が繰り返される。ステップＳ２４においてＮｏの場合は、δｆＣＥＯを変化させなくてもよい。
　図９は、周波数スペクトルが応答周波数帯域の最大値Ｆｍａｘを超えてエイリアシングが発生している例を示している。モード周波数が最大値Ｆｍａｘを超えた５本の周波数モード（破線で表している）は、Ｆｍａｘを境に折り返された位置に検出される。この場合、最も高い周波数モードは、図９に示されるとおり、エイリアシングが発生していない場合の右から６番目の周波数モードである。この場合、ｆｍａｘ＞Ｆｍａｘ－δｆｒｅｐを満たしているので（ステップＳ２４でＹｅｓ）、制御回路９０は、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することで、δｆＣＥＯを小さくする。δｆＣＥＯを小さくする量は、適宜調整される。なお、δｆＣＥＯを小さくしすぎた場合には、Ｘが負の値になるという問題が生じる。当該問題への対応については、図６および図７を用いて説明したとおりである。
　これにより、周波数スペクトルが全て応答周波数帯域内に収まるまで、すなわち、ｆｍａｘ＞Ｆｍａｘ－δｆｒｅｐが満たさなくなるまで、δｆＣＥＯを小さくする処理が繰り返される。これにより、δｆＣＥＯが大きすぎることに起因するエイリアシングの発生を抑制することができる。
　［周波数間隔を利用］
　次に、周波数間隔を利用する例について、図１０および図１１を用いて説明する。
　図１０は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、デュアルコム信号の周波数スペクトルにおける周波数間隔に基づいてδｆＣＥＯを制御する処理を示すフローチャートである。
　図１０に示す処理は、エイリアシングが発生しないように制御するものである。仮に、エイリアシングによって周波数スペクトルが折り返されてしまった場合、図１１に示すように、周波数スペクトルにおいてδｆｒｅｐより小さい周波数間隔が発生することを利用する。
　レーザ装置１００は図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。ステップＳ１０、Ｓ１１および１２は、図６に示した処理と同様のため、説明を省略する。
　（ステップＳ３３）
　ステップＳ３３では、制御回路９０は、ステップＳ１１で取得した周波数スペクトルの周波数間隔に関する第３情報を取得する。第３情報は、周波数スペクトルにおける全ての周波数モードにおける周波数間隔ｆｉである。一例として、制御回路９０は、周波数スペクトルにおいてピーク検出を行うことで、ｆｉを検出することができるが、ｆｉを検出することができれば他の方法でも構わない。次に、ステップＳ３４に進む。なお、ｆｉの添え字ｉは、周波数間隔の番号を表している。例えば、周波数モードの本数がＮ本の場合、ｉは、１以上Ｎ－１以下の値である。
　（ステップＳ３４）
　ステップＳ３４では、制御回路９０が、ｉ＝１～Ｎ－１の各々について、ｆｉがδｆｒｅｐより小さい否かを判断する。ステップＳ３４において、少なくとも１つのｆｉがδｆｒｅｐより小さい場合、すなわち、ステップＳ３４においてＹｅｓの場合は、ステップＳ３５に進む。一方、ステップＳ３４において、全てのｆｉがδｆｒｅｐより小さくない場合、すなわち、ステップＳ３４においてＮｏの場合は、周波数間隔に基づくδｆＣＥＯの制御は、終了する。ステップＳ３４においてＮｏの場合は、δｆＣＥＯを変化させなくてもよい。
　（ステップＳ３５）
　ステップＳ３５では、制御回路９０が、第１光コムレーザ１０のｆＣＥＯ１および第２光コムレーザ２０のｆＣＥＯ２の少なくとも一方を制御することで、δｆＣＥＯを変化させる。例えば、制御回路９０は、第１光コムレーザ１０または第２光コムレーザ２０の励起源の出力を調整することで、ｆＣＥＯ１およびｆＣＥＯ２の少なくとも一方を変更するが、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することができれば、例えばＡＯＭを用いた制御などの他の方法でもよい。δｆＣＥＯを変更した後にステップＳ１０に戻り、上記処理が繰り返される。図１１は、図７と同様に、周波数スペクトルにエイリアシングが発生している例を示している。図１１に示すように、隣り合う周波数モードの周波数間隔をｆ１からｆ８で表している。エイリアシングが発生することで、ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４はいずれも、δｆｒｅｐより小さくなるので（ステップＳ３４でＹｅｓ）、制御回路９０は、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することで、δｆＣＥＯを変化させる。δｆＣＥＯを変化させる量は、適宜調整される。
　図１１では、周波数が低い方から添え字ｉを昇順で割り当てている。このため、図１１に示すように、ｉが小さいｆｉがδｆｒｅｐより小さい場合には、０の値を境にエイリアシングが発生していることになる。このため、制御回路９０は、δｆＣＥＯを大きくすればよい。一方で、ｉが大きいｆｉがδｆｒｅｐより小さい場合には、Ｆｍａｘの値を境にエイリアシングが発生していることになる（図９を参照）。このため、制御回路９０は、δｆＣＥＯを小さくすればよい。
　これにより、周波数スペクトルが全て応答周波数帯域内に収まるまで、すなわち、ｆｉ＜δｆｒｅｐが満たさなくなるまで、δｆＣＥＯを変化させる処理が繰り返される。これにより、エイリアシングの発生を抑制することができる。
　［最も低い周波数モード、最も高い周波数モードおよび周波数間隔を利用］
　次に、最も低い周波数モード、最も高い周波数モードおよび周波数間隔を利用する例について、図１２を用いて説明する。すなわち、制御回路９０は、図６、図８および図１０に示した各処理を組み合わせて行ってもよい。
　レーザ装置１００は、図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。ステップＳ１０、Ｓ１１およびＳ１２は、図６に示した処理と同様のため、説明を省略する。
　（ステップＳ４３）
　ステップＳ４３では、制御回路９０は、ステップＳ１１で取得した周波数スペクトルについて、最も低い周波数モードのモード周波数ｆｍｉｎ、最も高い周波数モードのモード周波数ｆｍａｘおよび周波数間隔ｆｉのいずれかを取得する。一例として、制御回路９０は、周波数スペクトルにおいてピーク検出を行うことで、ｆｍｉｎ、ｆｍａｘおよびｆｉを検出することができるが、ｆｍｉｎ、ｆｍａｘおよびｆｉを検出することができれば他の方法でも構わない。次に、ｆｍｉｎを検出した場合はステップＳ１４に進み、ｆｍａｘを検出した場合はステップＳ２４に進み、ｆｉを検出した場合はステップＳ３４に進む。各ステップＳ１４、Ｓ２４、Ｓ３４での処理は、図６、図８および図１０で示した処理と同じである。ステップＳ１５、Ｓ２５、Ｓ３５についても同様である。
　（ステップＳ４６）
　各ステップＳ１４、Ｓ２４、Ｓ３４の各々においてＮｏである場合、すなわち、各ステップにおける条件を満たしていない場合、制御回路９０は、検討していない条件があるか否かを判断する。検討していない条件がある場合、すなわち、ステップＳ４６でＹｅｓの場合、ステップＳ４３に戻り、検討していない条件に関するｆｍｉｎ、ｆｍａｘまたはｆｉを取得する。例えば、ステップＳ４３でｆｍｉｎを取得し、ｆｍｉｎ＜δｆｒｅｐを満たさなくなった場合（Ｓ１４でＮｏ）、再びステップＳ４３に戻った場合には、ｆｍａｘまたはｆｉを取得する。制御回路９０は、全ての条件についての検討が終了した場合、すなわち、ステップＳ４６でＮｏの場合、δｆＣＥＯの制御は、終了する。
　なお、図１２では、最も低い周波数モードを利用する場合、最も高い周波数モードを利用する場合、および、周波数間隔を利用する場合を順次行う例を示したが、これに限定されない。制御回路９０は、各々の場合の少なくとも２つを同時並行的に実行してもよい。
　［距離の精度を利用］
　次に、対象物６０までの距離の精度を利用する例について、図１３を用いて説明する。
　図１３は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、デュアルコム信号から算出した距離の精度に基づいてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。
　図１３に示す処理は、エイリアシングのことを考慮せずに、測距の結果において精度が良くなるように制御するものである。実際の測定で出力される測距情報を制御に活用するため、制御のための演算コストを低減することができ、早い制御を行うことができる。
　レーザ装置１００は、図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。
　（ステップＳ５０）
　ステップＳ５０では、信号処理回路８０が、検出器７１および７２の各々で検出したデュアルコム信号を取得する。ここで取得するデュアルコム信号は、図１に示すようなパルス列の時間情報である。次に、ステップＳ５１に進む。
　（ステップＳ５１）
　ステップＳ５１では、信号処理回路８０が、検出器７１から出力されるデュアルコム信号を基準信号とし、検出器７２から出力されるデュアルコム信号を測定信号として演算処理を行うことで、対象物６０までの距離を算出する。距離の算出方法の一例として、基準信号と測定信号とにおけるパルスのピーク差から距離を求めることが挙げられるが、フーリエ変換した後の位相情報を用いた距離算出などのように距離が求められれば他の方法でもよい。次に、ステップＳ５２に進む。
　（ステップＳ５２）
　ステップＳ５２では、制御回路９０が、ステップＳ５１で算出した距離の精度σｉを算出する。一例として、制御回路９０は、数十回の測定結果の標準偏差を、精度σｉとして算出するが、精度σｉを求めることができれば他の方法でもよい。次に、ステップＳ５３に進む。
　（ステップＳ５３）
　ステップＳ５３では、制御回路９０が、ステップＳ５２で算出した精度σｉが一回前の精度σｉ－１より大きい否かを判断する。ここでは、精度σｉの値が小さい程、精度が良い、すなわち、距離の測定結果と実際の距離との誤差が少ないことを意味する。ステップＳ５３において、σｉがσｉ－１より大きい場合、すなわち、ステップＳ５３においてＹｅｓの場合は、ステップＳ５４に進む。一方、ステップＳ５３においてσｉがσｉ－１より小さい場合、すなわち、ステップＳ５３においてＮｏの場合は、距離の精度に基づくδｆＣＥＯの制御は、終了する。ステップＳ５３においてＮｏの場合は、δｆＣＥＯを変化させなくてもよい。
　（ステップＳ５４）
　ステップＳ５４では、制御回路９０が、第１光コムレーザ１０のｆＣＥＯ１および第２光コムレーザ２０のｆＣＥＯ２の少なくとも一方を制御することで、δｆＣＥＯを変化させる。例えば、制御回路９０は、第１光コムレーザ１０または第２光コムレーザ２０の励起源の出力を調整することで、ｆＣＥＯ１およびｆＣＥＯ２の少なくとも一方を変更するが、ｆＣＥＯ１またはｆＣＥＯ２の値を変更することができれば、例えばＡＯＭを用いた制御などの他の方法でもよい。δｆＣＥＯを変更した後にステップＳ５０に戻り、上記処理が繰り返される。
　これにより、距離の精度の良化が進行しなくなるまで、すなわち、σｉ＜σｉ－１が満たさなくなるまで、δｆＣＥＯを変化させる処理が繰り返される。これにより、距離の精度を十分に良化させることができる。
　なお、図１３では、精度σｉと一回前の精度σｉ－１との比較を行ったが、これに限定されない。制御回路９０は、精度σｉと予め定められた閾値とを比較してもよい。
　また、例えば、δｆＣＥＯを変化させる度に精度σｉの算出を行うことを所定回数繰り返し行い、算出した精度σｉとそのときの制御条件とを対応付けて記憶してもよい。制御回路９０は、所定回数分の精度σｉのうち、最も精度が良いσｉを判定し、そのときの制御条件を第１光コムレーザ１０および第２光コムレーザ２０の制御条件として決定してもよい。
　［δｆＣＥＯの制御を行うタイミング］
　次に、上述したδｆＣＥＯの制御を行うタイミングについて、図１４および図１５を用いて説明する。実際に距離を測定する際のδｆＣＥＯの制御は、測定前のキャリブレーションとして行う場合、および、随時フィードバックとして行う場合の２通りが考えられる。
　［キャリブレーション］
　図１４は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、測定前のキャリブレーションとしてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。
　レーザ装置１００は、図示しない入力手段からの開始信号により動作を開始する。
　（ステップＳ６０）
　ステップＳ６０では、制御回路９０は、実際に距離を測定する前に、デュアルコム信号の周波数スペクトルが検出器７１および７２の各々の応答周波数帯域の中に収まるように、δｆＣＥＯを制御する。具体的な制御方法は、図６、図８、図１０、図１２および図１３で示した処理と同様のため、説明を省略する。次に、ステップＳ６１に進む。図１４に示される例では、これ以降、δｆＣＥＯ制御の処理は行わない。
　（ステップＳ６１）
　ステップＳ６１では、検出器７１および７２の各々から出力される信号に基づいて、対象物６０までの距離を測定する。具体的な距離の測定の方法は、図１３のステップＳ５１と同様のため、説明を省略する。
　（ステップＳ６２）
　ステップＳ６２では、距離の測定を終了するか否かを判断する。具体的には、信号処理回路８０または制御回路９０が、図示しない入力手段から終了信号の入力があるかどうかを判断する。ステップＳ６２において測定を終了する場合、すなわち、ステップＳ６２においてＹｅｓの場合は、距離の測定は終了する。一方、ステップＳ６２において測定を継続する場合、すなわち、ステップＳ６２においてＮｏの場合は、ステップＳ６１に進む。
　これにより、最初に設定されたδｆＣＥＯに基づいて、対象物６０までの距離を繰り返し計測することができる。このため、例えば、対象物６０の表面形状の測定、および、対象物６０の移動速度の測定などを行うことができる。また、実際の測定中には、δｆＣＥＯの制御を行わないので、演算量が減り、短期間で距離の測定を行うことができる。このため、対象物６０が素早く移動する場合であっても精度良く対象物６０までの距離および移動速度などを測定することができる。
　［フィードバック］
　図１５は、本実施の形態に係るレーザ装置１００の動作のうち、測定中のフィードバックとしてδｆＣＥＯを制御する処理の一例を示すフローチャートである。
　図１５に示すように、ステップＳ６１およびＳ６１は、図１４に示した処理と同様のため、説明を省略する。図１５では、ステップＳ６２においてＮｏの場合に、ステップＳ６２に戻る点が相違する。すなわち、制御回路９０は、信号処理回路８０による距離の算出を行いながらδｆＣＥＯを変化させる。具体的には、レーザ装置１００では、ステップＳ６０のδｆＣＥＯの制御と、ステップＳ６１の距離の測定とを繰り返し行う。
　距離の測定を繰り返し行っている間に、温度変化などの外乱によりδｆＣＥＯが変化してしまうことがある。これに対して、図１５に示すように、δｆＣＥＯを随時調整することによって、すなわち、フィードバックを行うことによって、測定中のδｆＣＥＯの変化に対応することができ、測定の精度を高めることができる。
　（他の実施の形態）
　以上、１つまたは複数の態様に係るレーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　例えば、上記実施の形態において、特定の処理部が実行する処理を別の処理部が実行してもよい。また、複数の処理の順序が変更されてもよく、あるいは、複数の処理が並行して実行されてもよい。
　また、例えば、上記実施の形態において説明した処理は、単一の装置（システム）を用いて集中処理することによって実現してもよく、または、複数の装置を用いて分散処理することによって実現してもよい。また、上記プログラムを実行するプロセッサは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、または、分散処理を行ってもよい。
　また、上記実施の形態において、信号処理回路８０および制御回路９０などの構成要素の全部または一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）またはプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）または半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
　また、信号処理回路８０および制御回路９０などの構成要素は、１つまたは複数の電子回路で構成されてもよい。１つまたは複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
　１つまたは複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣまたはＬＳＩなどが含まれてもよい。ＩＣまたはＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣまたはＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、または、ＵＬＳＩ（Ｖｅｒｙ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡも同じ目的で使うことができる。
　また、本開示の全般的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路またはコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤもしくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　（その他）
　本開示の実施の形態の変形例は下記に示すようなものであってもよい。
　図１６は、当該変形例の処理の流れを示す図である。
　第１の項目に係るレーザ装置は、
　第１光コムレーザと、
　第２光コムレーザと、
　検出部と、
　制御回路と、を備え、
　前記制御回路は、前記第１光コムレーザに、第ｐ期間に光（１,ｐ）を出力させ、
　前記制御回路は、前記第２光コムレーザに、第ｐ期間に光（２,ｐ）を出力させ、
　前記検出部は、前記光（１,ｐ）と前記光（２,ｐ）に基づく光（３,ｐ）を受け取り、
　前記検出部は、前記光（３,ｐ）に対応する第ｐ情報を出力し、
　ｆ１，ｎ，ｐ＝ｆＣＥＯ，１，ｐ＋ｎ×ｆｒｅｐ，１であり、
　ｆ２，ｎ，ｐ＝ｆＣＥＯ，２，ｐ＋ｎ×ｆｒｅｐ，２であり、
　前記ｆ１，ｎ，ｐは、前記光（１,ｐ）の周波数スペクトル特性（１,ｐ）において示された第ｎモードの光周波数であり、
　前記ｆ２，ｎ，ｐは、前記光（２,ｐ）の周波数スペクトル特性（２,ｐ）において示された第ｎモードの光周波数であり、
　前記ｆＣＥＯ，１，ｐは、前記周波数スペクトル特性（１,ｐ）において示された第０モードに対応する周波数であり、
　前記ｆＣＥＯ，２，ｐは、前記周波数スペクトル特性（２,ｐ）において示された第０モードに対応する周波数であり、
　前記ｆｒｅｐ，１と前記ｆｒｅｐ，２は異なり、
　前記制御回路は、前記第ｐ情報に基づく前記光（３,ｐ）の周波数スペクトル特性（３,ｐ）に基づいて、ｆＣＥＯ，１，（ｐ＋１）とｆＣＥＯ，２，（ｐ＋１）を決定する。
　前記光（１,ｐ）は、第１光コムレーザ１０が前記第ｐ期間に出力するレーザ光であってもよい。
　前記光（２,ｐ）は、第２光コムレーザ２０が前記第ｐ期間に出力するレーザ光であってもよい。
　前記光（３,ｐ）は、光（１,ｐ）と前記光（２,ｐ）に基づく光であって、検出器３２がカプラ３２から受け取る光であってもよい。
　前記第ｐ期間は時刻ｔｐに開始し、時刻ｔ（ｐ＋１）に終了してもよい。
　前記制御回路は、前記第１光コムレーザに、前記時刻ｔｐより後であり、かつ、前記時刻ｔ（ｐ＋１）より前である時刻に、前記光（１,ｐ）の出力を終了させてもよい。
　前記光（１,ｐ）の出力が終了する時刻は、前記時刻ｔｐより後であり、かつ、前記時刻ｔ（ｐ＋１）より前である時刻であってもよい。
　前記制御回路は、前記第２光コムレーザに、前記時刻ｔｐより後であり、かつ、前記時刻ｔ（ｐ＋１）より前である時刻に、前記光（２,ｐ）の出力を終了させてもよい。
　前記光（２,ｐ）の出力が終了する時刻は、前記時刻ｔｐより後であり、かつ、前記時刻ｔ（ｐ＋１）より前である時刻であってもよい。
　第２の項目に係るレーザ装置は、第１の項目に係るレーザ装置において、
　前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）がｆｍｉｎ＜δｆｒｅｐを示し、
　｜ｆＣＥＯ，１，（ｐ＋１）－ｆＣＥＯ，２，（ｐ＋１）｜＞｜ｆＣＥＯ，１，ｐ－ｆＣＥＯ，２，ｐ｜であり、
　前記ｆｍｉｎは前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）において示された複数の周波数モードにおける最も低い周波数モードに対応する波長であり、
　前記δｆｒｅｐは前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）における隣接する２つの周波数モードに対応する２つの周波数の差の絶対値である。
　第３の項目に係るレーザ装置は、第１の項目に係るレーザ装置において、
　前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）がｆｍａｘ＞（Ｆｍａｘ－δｆｒｅｐ）を示し、
　｜ｆＣＥＯ，１，（ｐ＋１）－ｆＣＥＯ，２，（ｐ＋１）｜＜｜ｆＣＥＯ，１，ｐ－ｆＣＥＯ，２，ｐ｜であり、
　前記ｆｍａｘは前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）において示された複数の周波数モードにおける最も高い周波数モードに対応する波長であり、
　前記Ｆｍａｘは前記検出部が検出可能な周波数帯域に含まれる最も大きい周波数であり、
　前記δｆｒｅｐは前記周波数スペクトル特性（３,ｐ）における隣接する２つの周波数モードに対応する２つの周波数の差の絶対値である。
　また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、測距または変位測量などを行う装置、システムまたは方法などに利用でき、例えば、測距センサ、変位計、形状検査装置などに利用することができる。
１０　第１光コムレーザ
１０Ｌ　第１光コムレーザ光
１０Ｌｒ、１０Ｌｔ、２０Ｌｒ、２０Ｌｔ　光
１０Ｒ　反射光
２０　第２光コムレーザ
２０Ｌ　第２光コムレーザ光
３０、３１、３２、３３　カプラ
４０　サーキュレータ
５０　コリメータ
６０　対象物
７０　検出部
７１、７２　検出器
８０　信号処理回路
９０　制御回路
１００　レーザ装置

Claims (8)

  1. 　第１光コムレーザと、
    　前記第１光コムレーザとは繰り返し周波数が異なる第２光コムレーザと、
    　前記第１光コムレーザからの出力光と前記第２光コムレーザからの出力光とによる干渉光を検出する検出部と、
    　制御回路と、を備え、
    　前記制御回路は、前記第１光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第１ＣＥＯ周波数と、前記第２光コムレーザのキャリアエンベロープオフセット周波数である第２ＣＥＯ周波数との少なくとも一方を、前記検出部の出力に基づいて制御することで、前記第１ＣＥＯ周波数と前記第２ＣＥＯ周波数との差である差分周波数を変化させる、
    　レーザ装置。
  2. 　前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの最も低い周波数モードに関する第１情報を取得し、取得した第１情報を用いて、前記差分周波数を大きくする、
    　請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの最も高い周波数モードに関する第２情報を取得し、取得した第２情報を用いて、前記差分周波数を小さくする、
    　請求項１に記載のレーザ装置。
  4. 　前記制御回路は、前記検出部の出力に基づいて前記干渉光の周波数スペクトルの周波数間隔に関する第３情報を取得し、取得した第３情報を用いて、前記差分周波数を変化させる、
    　請求項１に記載のレーザ装置。
  5. 　前記検出部は、前記第１光コムレーザからの出力光の、対象物による反射光と、前記第２光コムレーザからの出力光との干渉光を検出し、
    　前記レーザ装置は、前記検出部の出力に基づいて前記対象物までの距離を算出する信号処理回路を備える、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  6. 　前記制御回路は、前記信号処理回路が算出した距離の精度に基づいて前記差分周波数を変化させる、
    　請求項５に記載のレーザ装置。
  7. 　前記制御回路は、前記距離の算出を行う前に前記差分周波数を変化させる、
    　請求項５に記載のレーザ装置。
  8. 　前記制御回路は、前記距離の算出を行いながら前記差分周波数を変化させる、
    　請求項５に記載のレーザ装置。
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