特開 2024-47827 距離計測方法、距離計測装置、並びに距離計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047827

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】距離計測方法、距離計測装置、並びに距離計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 3/06 20060101AFI20240401BHJP

   G01B 9/02004 20220101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

G01C3/06 120Z

G01B9/02004

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153536

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】針山 達雄

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正浩

(72)【発明者】

【氏名】丸野 兼治

(72)【発明者】

【氏名】秋山 弘人

(72)【発明者】

【氏名】神藤 英彦

【テーマコード（参考）】

2F064

2F112

【Ｆターム（参考）】

2F064AA01

2F064DD02

2F064EE01

2F064FF01

2F064FF08

2F064GG02

2F064GG17

2F064GG24

2F064GG31

2F064HH01

2F064JJ04

2F064JJ15

2F112AD10

2F112BA15

2F112CA12

2F112DA15

2F112DA25

2F112FA03

2F112FA07

2F112FA21

2F112FA45

(57)【要約】

【課題】偏光起因で生じる距離誤差を低減することができる距離計測装置および距離計測方法を提供する。
【解決手段】レーザ光源で発生した光を参照光学系と測定光学系に分岐し、参照光学系を通過した参照光から参照光路測定ビート信号を検出し、測定光学系において測定対象物を経由して得られた測定光から測定光路測定ビート信号を検出して、測定光路測定ビート信号，及び参照光路測定ビート信号に基づき、測定対象物までの距離を計測する距離計測方法であって、参照光学系及び前記測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置することを特徴とする距離計測方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光源で発生した光を参照光学系と測定光学系に分岐し、前記参照光学系を通過した参照光から参照光路測定ビート信号を検出し、前記測定光学系において測定対象物を経由して得られた測定光から測定光路測定ビート信号を検出して、前記測定光路測定ビート信号，及び前記参照光路測定ビート信号に基づき、前記測定対象物までの距離を計測する距離計測方法であって、
前記参照光学系及び前記測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置することを特徴とする距離計測方法。

【請求項2】

請求項１に記載の距離計測方法であって、
前記偏光起因距離誤差低減要素は、レーザ光源で発生した光の特定の直線偏光成分を透過させ，それに直交する偏光成分を減衰させる直交偏光成分減衰素子であることを特徴とする距離計測方法。

【請求項3】

請求項１に記載の距離計測方法であって、
前記偏光起因距離誤差低減要素は、レーザ光源で発生した光の特定の直線偏光成分と，それに直交する偏光成分間に，光路差を設ける素子を有する偏光成分間光路差生成素子であることを特徴とする距離計測方法。

【請求項4】

請求項３に記載の距離計測方法であって，
レーザ光源で発生した光の特定の直線偏光成分と，それに直交する偏光成分間の前記光路差は，前記測定光路測定ビート信号をフーリエ変換して得られるスペクトルのピークの線幅以上とすることを特徴とする距離計測方法。

【請求項5】

請求項１に記載の距離計測方法であって，
前記参照光学系及び前記測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内にレーザ光源で発生した光の偏光の切替えを行う偏光切替素子と，偏光方向に応じて対象への照射方向切替を行う素子とを設置することを特徴とする距離計測方法。

【請求項6】

請求項１に記載の距離計測方法であって，
前記参照光学系の少なくとも一部を格納ボックスに収納し，前記格納ボックスの温度を測定し，前記温度を用いて，前記参照光学系の温度による光路長変化を補正することを特徴とする距離計測方法。

【請求項7】

レーザ光源で発生した光を分岐する光分岐部と、分岐した一方の光を導光され距離の基準となる参照光を得る参照光学系と、分岐した他方の光を導光され測定対象物に照射した後の反射光を測定光として得る測定光学系と、前記参照光学系を通過した前記参照光を受光して，参照光路測定ビート信号を検出する第１受光部と，前記測定光学系において前記測定対象物で反射した測定光を受光して，測定光路測定ビート信号を検出する第２受光部とを有し，前記測定光路測定ビート信号，及び前記参照光路測定ビート信号に基づき、前記測定対象物までの距離を計測する距離計測装置であって、
前記参照光学系及び前記測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置することを特徴とする距離計測装置。

【請求項8】

レーザ光源で発生した光を分岐する光分岐部と、分岐した一方の光を導光され距離の基準となる参照光を得る参照光学系と、分岐した他方の光を導光され測定対象物に照射した後の反射光を測定光として得る測定光学系と、前記参照光学系を通過した前記参照光を受光して，参照光路測定ビート信号を検出する第１受光部と，前記測定光学系において前記測定対象物で反射した測定光を受光して，測定光路測定ビート信号を検出する第２受光部とを有し，前記測定光路測定ビート信号，及び前記参照光路測定ビート信号に基づき、前記測定対象物までの距離を計測する距離計測システムであって、
前記参照光学系及び前記測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置するとともに、
前記測定光学系において測定対象物に照射光を照射するに際し、照射光を１次元，または２次元，または３次元で走査する走査機構を備えることを特徴とする距離計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，光を用いて非接触で対象までの距離を計測する距離計測方法、距離計測装置、並びに距離計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

光を用いて非接触で対象までの距離を計測する手法について，特許文献１では周囲環境温度変化に対するロバスト性向上のために，参照ファイバ干渉計を断熱された格納ボックス内に入れて，内部の温度をモニタし，参照ファイバの熱による光路長変化を補正することで，正確な距離を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６８３５９１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１などの、光を用いて非接触で対象までの距離を計測する手法によれば，周囲環境温度が変化し，距離測定部を構成する光ファイバの温度が変わると，光ファイバ内を通過する光の偏光状態が変化し，光干渉信号に距離誤差を生じさせるという課題がある。

【0005】

このことから本発明においては、偏光起因で生じる距離誤差を低減することができる距離計測方法、距離計測装置、並びに距離計測システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上のことから本発明においては、「レーザ光源で発生した光を参照光学系と測定光学系に分岐し、参照光学系を通過した参照光から参照光路測定ビート信号を検出し、測定光学系において測定対象物を経由して得られた測定光から測定光路測定ビート信号を検出して、測定光路測定ビート信号，及び参照光路測定ビート信号に基づき、測定対象物までの距離を計測する距離計測方法であって、参照光学系及び測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置することを特徴とする距離計測方法。」としたものである。

【0007】

また本発明においては、「レーザ光源で発生した光を分岐する光分岐部と、分岐した一方の光を導光され距離の基準となる参照光を得る参照光学系と、分岐した他方の光を導光され測定対象物に照射した後の反射光を測定光として得る測定光学系と、参照光学系を通過した参照光を受光して，参照光路測定ビート信号を検出する第１受光部と，測定光学系において測定対象物で反射した測定光を受光して，測定光路測定ビート信号を検出する第２受光部とを有し，測定光路測定ビート信号，及び参照光路測定ビート信号に基づき、測定対象物までの距離を計測する距離計測装置であって、参照光学系及び測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置することを特徴とする距離計測装置」としたものである。

【0008】

また本発明においては、「レーザ光源で発生した光を分岐する光分岐部と、分岐した一方の光を導光され距離の基準となる参照光を得る参照光学系と、分岐した他方の光を導光され測定対象物に照射した後の反射光を測定光として得る測定光学系と、参照光学系を通過した参照光を受光して，参照光路測定ビート信号を検出する第１受光部と，測定光学系において測定対象物で反射した測定光を受光して，測定光路測定ビート信号を検出する第２受光部とを有し，測定光路測定ビート信号，及び参照光路測定ビート信号に基づき、測定対象物までの距離を計測する距離計測システムであって、参照光学系及び測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因距離誤差低減要素を設置するとともに、測定光学系において測定対象物に照射光を照射するに際し、照射光を１次元，または２次元，または３次元で走査する走査機構を備えることを特徴とする距離計測システム」としたものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば，距離測定部の周囲環境温度が変化した際にも，偏光起因の距離誤差を抑制することが可能となり，対象までの距離を正確に測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例１に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図2】実施例１のＦＭＣＷ方式の原理を示す図。

【図3a】受光器で得られる干渉ビート信号を示す図。

【図3b】干渉ビート信号をＦＦＴして得られた結果を示す図。

【図4a】受光器で得られる干渉ビート信号を示す図。

【図4b】ビート信号をＦＦＴした結果を示す図。

【図4c】光ファイバに熱が加わった場合に生じる距離誤差を示す図。

【図5】本発明の実施例２に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図6a】受光器で得られる干渉ビート信号を示す図。

【図6b】ビート信号をＦＦＴした結果を示す図。

【図6c】光ファイバに熱が加わった場合に生じる距離誤差を示す図。

【図7】本発明の実施例３に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図8】本発明の実施例４に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図9a】受光器で得られる干渉ビート信号をＦＦＴして得られた結果を示す図。

【図9b】光ファイバに熱が加わった場合に生じる距離誤差を示す図。

【図10】本発明の実施例５に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図11】本発明の実施例６に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図12】本発明の実施例７に係る距離計測装置１００の構成例を示す図。

【図13】実施例７の参照光学系にポラライザを挿入した構成の一例を示す図。

【図14】実施例７の参照光学系の干渉計を断熱ボックスで覆い，温度センサを有する構成の一例を示す図。

【図15a】本発明の実施例８に係る距離計測システムの構成例を示す図。

【図15b】本発明の実施例８に係る距離計測システムの別の構成例を示す図。

【図16】本発明の実施例９に係る距離計測システムの構成例を示す図。

【図17】本発明の実施例１０に係る距離計測システムの構成例を示す図。

【図18】本発明の実施例１１に係る距離計測システムの構成例を示す図。

【図19】実施例１１の偏光による照射方向切替原理を示す図。

【図20】本発明の実施例１２に係る距離計測システムの構成例を示す図。

【図21】実施例１２の距離計測システムの構成例を示す図。

【図22】図１８の距離計測システムの異なる構成例を示す図。

【図23】図２２の構成で得られる検出ビート信号のＦＦＴ結果を示す図。

【図24】原点補正の処理フローを示す図。

【図25】実施例１のポラライザの別形態を示す図。

【図26】実施例１のポラライザの別形態を示す図。

【図27】実施例４の偏光ビームスプリッタ／コンバイナの別形態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下，図面を用いて本発明の実施例を説明する。ここで実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

【0012】

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0013】

同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

【0014】

実施例において、プログラムを実行して行う処理について説明する場合がある。ここで、計算機は、プロセッサ（例えばＣＰＵ、ＧＰＵ）によりプログラムを実行し、記憶資源（例えばメモリ）やインターフェースデバイス（例えば通信ポート）等を用いながら、プログラムで定められた処理を行う。そのため、プログラムを実行して行う処理の主体を、プロセッサとしてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路を含んでいてもよい。ここで、専用回路とは、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）等である。

【0015】

プログラムは、プログラムソースから計算機にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、実施例において、２以上のプログラムが１つのプログラムとして実現されてもよいし、１つのプログラムが２以上のプログラムとして実現されてもよい。

【0016】

以下に示される本発明は、偏光起因で生じる距離誤差を低減する偏光起因距離誤差低減要素を光路内に設けたものであるが、偏光起因距離誤差低減要素の実現手法として直交偏光成分減衰素子を用いる手法と、偏光成分間光路差生成素子を用いる手法がある。前者について、図１から図７を用いて実施例１から実施例３により説明し、後者について、図８から図１５を用いて実施例４から実施例８により説明する。また形状計測システムとしての構成例について図１６から図２４を用いて実施例９から実施例１３により説明する。

【実施例0017】

実施例１から実施例３では直交偏光成分減衰素子を用いる手法について説明する。まず図１は、本発明の実施例１に係る距離計測装置１００の構成例を示している。ここでの光路差を用いる距離計測方式は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式に基づく。

【0018】

ＦＭＣＷ方式の距離計測装置１００では、まず距離計測制御部１１５から，発振器１０２に対して掃引波形信号を送信する。発振器１０２は，レーザ光源１０１に対して三角波電流を注入し，駆動電流を変調する。結果として，レーザ光源１０１は，一定の変調速度で時間的に周波数掃引されたＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）光を発生する。なお，レーザ光源１０１を外部共振器付き半導体レーザ装置として構成し，レーザ光源１０１の共振波長を発振器１０２からの三角波状の制御信号により変化させてもよい。その結果，レーザ光源１０１から時間的に周波数掃引されたＦＭ光が発生する。

【0019】

次に、発生したＦＭ光を光ファイバカプラ１０３で光Ｌ１とＬ２に分割する。なお，光ファイバカプラ１０３，１０４，１０６，１０９，１１０はビームスプリッタであってもよい。分割された光の一方Ｌ２は参照光学系へと導光され，光ファイバカプラ１０４にてさらに光Ｌ２１とＬ２２に分割される。分割された光Ｌ２１とＬ２２は光ファイバ１０５にて一定の光路差を設けた後，光ファイバカプラ１０６にて合波され，受光器１０７に光Ｌ３として受光される。これは，マッハツェンダ干渉計の構成となっており，受光器１０７では光路差に比例した一定のビート信号Ｌ３が発生する。

【0020】

光ファイバカプラ１０３で分割された光の他方Ｌ１は，ポラライザ１０８（直交偏光成分減衰素子）によって特定の偏光成分が通過し，光ファイバカプラ１０９によってＬ１１とＬ１２に分割され，一方の光Ｌ１１は参照光となり，光ファイバカプラ１１０に導光され，他方の光Ｌ１２は，サーキュレータ１１１を通過し，ファイバフォーカサ１１２から空間に出射し，測定対象物１１４に照射される。

【0021】

対象物１１４で反射した光Ｌ１２Ａは，ファイバフォーカサ１１２を再度通過し，サーキュレータ１１１の他のポートを通過し，光ファイバカプラ１１０を通過し，参照光Ｌ１１と測定光Ｌ１２Ａとの干渉により発生するビート信号Ｌ４が受光器１１３によって検出される。

【0022】

距離計測制御部１１５は，受光器１０７で受光された参照ビート信号Ｌ３をサンプリングクロックとして，受光器１１３で受光された測定ビート信号Ｌ４をＡ／Ｄ変換する。または参照ビート信号Ｌ３と測定ビート信号Ｌ４とを一定のサンプリングクロックでサンプリングする。より具体的には，参照ビート信号Ｌ３は，ヒルベルト変換を行うことにより，９０度位相のずれた信号を作り出すことができる。ヒルベルト変換の前後の参照信号から，信号の局所位相を求めることが可能であるため，この位相を補間することで，参照信号が一定の位相となるタイミングを求めることができる。

【0023】

このタイミングに合わせて，測定ビート信号Ｌ４を補間サンプリングすることで，参照信号Ｌ３を基準として測定信号Ｌ４をリサンプリングすることが可能となる。または，距離計測制御部１１５の有するＡＤ／ＤＡ変換機で参照ビート信号Ｌ３をサンプリングクロックとして測定信号Ｌ４をサンプリングしてＡ／Ｄ変換しても，同様の効果を奏する。ビート信号からの距離算出方法の詳細は図２，図３を使って説明するが，距離計測制御部１１５で解析された距離測定データは制御ＰＣ１１６に送信され、表示部１１７に表示される。

【0024】

ＦＭＣＷ方式の原理を示す図２を用いてビート信号の解析について説明する。図２は横軸に時間、縦軸に光周波数をとっている。図１の光ファイバカプラ１０９で分割され参照光として受光される参照光２０１（Ｌ１１）と，対象１１４で反射して受光される測定光２０２（Ｌ１２Ａ）との受光器１１３への到達時間には差Δｔがあるが，この間に光源の周波数が変化しているので，これによる周波数差に等しいビート周波数ｆ_ｂのビート信号が検出される。周波数掃引幅をΔνとし，Δνだけ変調するのに要する時間をＴとすると，（１）式の関係がある。さらに、測定対象までの距離Ｌは，Δｔの間に光が進む距離の半分なので，大気中の光速度ｃを用いて，（２）式のように算出できる。

【0025】

【数1】

【0026】

【数2】

【0027】

距離Ｌとビート周波数は線形な関係にある。よって受光器１１３で得られた測定信号Ｌ４をＦＦＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）して，ピーク位置と大きさを求めると，対象物の反射位置と反射光量が求まる。図３ａ，図３ｂに検出ビート信号と，その信号をＦＦＴして得られる反射強度プロファイルの一例を示す。図３ａは受光器で得られる干渉ビート信号を示す。干渉ビート信号の周波数は対象までの距離に比例する。また図３ｂは干渉ビート信号をＦＦＴして得られた結果を示す。本図の横軸がＦＦＴの周波数軸，縦軸が反射強度とすると，ピーク付近は本図に示すような離散的なデータとなる。ここでピーク幅ｗは，距離分解能ｃＴ／２Δνで計算される。そこで図に示すようにピーク点３０１付近の３点以上の点を用いて，二次関数またはガウス関数といった関数を当てはめ，当てはめられた関数のピークを用いると，距離分解能以上の精度で測定対象の位置を求めることが可能となる。ビート周波数の解析の一例として，ＦＦＴを挙げたが，例えば，最大エントロピー法を用いることで，ＦＦＴよりも高分解能にピーク位置を検出しても良い。

【0028】

図３ａ，図３ｂはある特定の偏光成分のみによって距離測定した場合に得られる理想的な結果を示した。現実には，ある特定の偏光成分に偏光方向が直交する漏れ光が光ファイバ中では発生する。漏れ光は，例えば，光ファイバの光学素子の消光比が低いために発生する。あるいは，光ファイバコネクタを用いた場合に，コネクタ間の勘合具合によって消光比が低下して発生する。

【0029】

図４ａ，図４ｂ、図４ｃに漏れ光が発生した場合に得られる検出ビート信号波形を示す。図４ａは受光器で得られる干渉ビート信号を示す。４０１は本来測定したい偏光成分によって得られるビート信号を示す。４０２はそれとは直交する漏れ光成分によって得られるビート信号を示す。４０１と４０２のビート信号の振幅比は消光比と同程度となる。また本来測定したい偏光成分が光ファイバのｓｌｏｗ軸を通過し，それと直交する漏れ光成分が光ファイバのｆａｓｔ軸を通過する場合は，４０１のビート信号と４０２のビート信号はそれぞれ，光ファイバのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸を通過する分の距離差が生じる。例えば，図１において，ファイバフォーカサ１１２と測定対象１１４の間にＦＭＣＷ法の干渉原点が存在するとする。ここで，干渉原点とは，図２で示した参照光２０１と測定光２０２の距離差が等しい位置をさす。例えば，光ファイバフォーカサから干渉原点までの距離が２００ｍｍとする。その場合，その長さと等しくなるための参照光路の光ファイバ長は２００ｍｍ×２（往復光路）÷１．５（光ファイバ屈折率）＝３００ｍｍとなる。ここで，測定光の波長を１．５５μｍとし，光ファイバのビート長（ｆａｓｔ軸とｓｌｏｗ軸を通過する光の波長が１周期分ずれる距離）を５ｍｍとすると，ｆａｓｔ軸とｓｌｏｗ軸を通るそれぞれの光の光路差は３００ｍｍ÷５ｍｍ×１．５５μｍ＝９３μｍ生じることになる。

【0030】

図４ａで示したビート信号をＦＦＴした結果を図４ｂに示す。４０３は４０１のビート信号成分（光ファイバのｓｌｏｗ軸を通過）をＦＦＴした結果得られるピーク強度を示し，４０４は４０２のビート信号成分（光ファイバのｆａｓｔ軸を透過）をＦＦＴした結果得られるピーク強度を示す。４０５は４０３と４０４が合成されて得られる成分を示す。ここで光ファイバに熱が加わった際に光ファイバに応力が作用し，ｓｌｏｗ軸に対するｆａｓｔ軸の成分の位相が変化するため，４０３に対する４０４の位相が変化する。このときに光周波数掃引幅で決まるピーク幅（図３ｂで示したｗ）が，９３μｍ（光ファイバのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸の光路差）よりも広い場合は，４０３と４０４の裾野が重なり合うため，合成成分４０５のピーク検出位置が変化する。そのため，距離誤差が生じる。

【0031】

図４ｃに光ファイバに熱が加わった場合に生じる距離誤差を示す。横軸が真の距離，縦軸が測定距離を示す。Ｆａｓｔ軸への漏れ光がない理想的な場合に得られる測定距離を４０６とする。ここでファイバに温度変化が加わった場合に距離のオフセット変動が生じる。ｓｌｏｗ軸に対するｆａｓｔ軸の位相状態によって，オフセット変動量は異なるが，例えば，ある位相の時には，４０７に示すように真の距離に対して，測定距離が大きくなり，またある位相の時には，４０８に示すように真の距離に対して，測定距離が小さくなる。

【0032】

そこで本発明の実施例１では、図１に示すように光Ｌ１側の光路にポラライザ１０８（直交偏光成分減衰素子）を挿入し，特定の直線偏光成分，例えば，ｓｌｏｗ軸のみを透過させ，ｆａｓｔ軸の漏れ光を減少させることで，光ファイバの温度による測定誤差を低減することが可能となる。なお図１では，ポラライザ１０８の挿入位置として，カプラ１０３とカプラ１０９間としたが，カプラ１０９の後や，サーキュレータ１１１の後でも良い。さらにはカプラ１０９とカプラ１１０間、サーキュレータ１１１とカプラ１１０間、あるいはカプラ１１０と受光機１１３の間であってもよい。

【0033】

なお、光ファイバ素子間を接続するためにコネクタを用いた場合，その勘合具合により，消光比が落ちる可能性があるため，光ファイバ素子間の接続は融着が望ましい。またポラライザを挿入する代わりに，消光比の高いカプラ１０３，１０９を用いてもよい。その場合は，レーザ１０１とカプラ１０３間も融着が望ましい。しかし，レーザは消耗部品のため定期的な交換が必要である。定期交換のためには，コネクタ接続が望ましい。その場合は，カプラ１０３の前にポラライザ１０８を設置し，カプラ１０３とポラライザ１０８を融着する。そうすることで，レーザとポラライザ間はコネクタを用いて消光比が落ちたとしてもポラライザにて漏れ光成分は減衰させることができるため，高い消光比を保つことが可能となる。またカプラは１０３や１０９として，ｆａｓｔ軸をブロックするタイプを用いてもでもよい。

【0034】

以上、図１では距離計測装置１００の構成例を示しているが、実施例１の装置構成の考え方は、要するに「レーザ光源１０１で発生した光を参照光学系と測定光学系に分岐し、参照光学系を通過した参照光Ｌ３から参照光路測定ビート信号を検出し、測定光学系において測定対象物１１４を経由して得られた測定光Ｌ４から測定光路測定ビート信号を検出して、測定光路測定ビート信号，及び参照光路測定ビート信号に基づき、測定対象物までの距離を計測する距離計測方法であって、参照光学系及び測定光学系のいずれか一方、または双方の光学系内に偏光起因で生じる距離誤差を低減する偏光起因距離誤差低減要素（１０８または８０１と８０２」を設置することを特徴とする距離計測方法」を採用したものであり、この処理方法を示す具体的な実現手法が図１に例示されたものである。なお、以下の実施例は主として、装置構成で説明するが、この構成による手法はそのまま方法による手法と置き換えることができる。

【実施例0035】

実施例２では直交偏光成分減衰素子を用いる手法について説明する。図５に本発明の実施例２に係る距離計測装置１００の構成例を示している。図１では偏光起因の測定誤差を抑制するために測定光学系（光Ｌ１側）にポラライザ（直交偏光成分減衰素子）を挿入したが，同様の偏光起因の測定誤差は参照光学系（光Ｌ２側）でも生じうる。そこで，図５では光ファイバカプラ１０４の手前にポラライザ１０８（直交偏光成分減衰素子）を挿入することで，ある特定の偏光成分のみを通過させる構成とする。

【0036】

図６ａ，図６ｂ、図６ｃに漏れ光が発生した場合に得られる検出ビート信号波形を示す。図６ａは受光器で得られる干渉ビート信号を示す。６０１は本来測定したい偏光成分によって得られるビート信号を示す。６０２はそれとは直交する偏光の漏れ光成分によって得られるビート信号を示す。６０１と６０２のビート信号の振幅比は消光比と同程度となる。また本来測定したい偏光成分が光ファイバのｓｌｏｗ軸を通過し，それと直交する漏れ光成分が光ファイバのｆａｓｔ軸を通過する場合は，６０１のビート信号と６０２のビート信号はそれぞれ，光ファイバのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸を通過する分の距離差が生じる。例えば，図５のファイバ１０６の長さが３００ｍｍあったとする。ここで，測定光の波長を１．５５μｍとし，光ファイバのビート長（ｆａｓｔ軸とｓｌｏｗ軸を通過する光の波長が１周期分ずれる距離）を５ｍｍとすると，ｆａｓｔ軸とｓｌｏｗ軸を通るそれぞれの光の光路差は３００ｍｍ÷５ｍｍ×１．５５μｍ＝９３μｍ生じることになる。

【0037】

図６ａで示したビート信号をＦＦＴした結果を図６ｂに示す。６０３は６０１のビート信号成分（光ファイバのｓｌｏｗ軸を通過）をＦＦＴした結果得られるピーク強度を示し，６０４は６０２のビート信号成分（光ファイバのｆａｓｔ軸を透過）をＦＦＴした結果得られるピーク強度を示す。６０５は６０３と６０４が合成されて得られる成分を示す。ここで光ファイバに熱が加わった際に光ファイバに応力が作用し，ｓｌｏｗ軸に対するｆａｓｔ軸の成分の位相が変化するため，６０３に対する６０４の位相が変化する。このときに光周波数掃引幅で決まるピーク幅（図３ｂで示したｗ）が，９３μｍ（光ファイバのｓｌｏｗ軸とｆａｓｔ軸の光路差）よりも広い場合は，６０３と６０４の裾野が重なり合うため，合成成分６０５のピーク検出位置が変化する。そのため，距離誤差が生じる。

【0038】

図６ｃに光ファイバに熱が加わった場合に生じる距離誤差を示す。横軸が真の距離，縦軸が測定距離を示す。Ｆａｓｔ軸への漏れ光がない理想的な場合に得られる測定距離を６０６とする。ここでファイバに温度変化が加わった場合に参照ビート信号６０１に６０２の影響が加わり，リサンプリングのタイミングがずれて，距離のゲイン変動が生じる。ｓｌｏｗ軸に対するｆａｓｔ軸の位相状態によって，ゲイン変動量は異なるが，例えば，ある位相の時には，６０７に示すようにゲインが大きくなり，ある位相の時には，６０８に示すようにゲインが小さくなる。またここで着目すべきは，測定光学系で漏れ光が発生した場合は，図４ａ，図４ｂ、図４ｃに示したように距離のオフセット誤差を生じたが，参照光学系で漏れ光が発生した場合は，図６ａ，図６ｂ、図６ｃに示すように距離のゲイン誤差が生じ，誤差の出方が異なることである。

【0039】

距離のゲイン変動を抑制するために，図５に示すようにポラライザ１０８を挿入し，ｓｌｏｗ軸のみを透過させ，ｆａｓｔ軸の漏れ光を減少させることで，光ファイバの温度による測定誤差を低減することが可能となる。

【0040】

なお光ファイバ素子間を接続するためにコネクタを用いた場合，その勘合具合により，消光比が落ちる可能性があるため，融着が望ましい。またポラライザを挿入する代わりに，消光比の高いカプラ１０３，１０９を用いてもよい。その場合は，レーザ１０１とカプラ１０３間も融着が望ましい。しかし，レーザは消耗部品のため定期的な交換が必要である。定期交換のためには，コネクタ接続が望ましい。その場合は，カプラ１０３の前にポラライザ１０８を設置し，カプラ１０３とポラライザ１０８を融着する。そうすることで，レーザとポラライザ間はコネクタを用いて消光比が落ちたとしてもポラライザにて漏れ光はカットすることができるため，高い消光比を保つことが可能となる。またカプラは１０３や１０５として，ｆａｓｔ軸をブロックするタイプを用いてもでもよい。