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特開2024-48614光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
(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】P2024048614
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
(51)【国際特許分類】
G01C 3/06 20060101AFI20240402BHJP
G01B 9/02004 20220101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
G01C3/06 120Z
G01B9/02004
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022154626
(22)【出願日】2022-09-28
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100108213
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 豊隆
(72)【発明者】
【氏名】長崎 裕介
(72)【発明者】
【氏名】早川 雅之
(72)【発明者】
【氏名】木村 和哉
【テーマコード（参考）】
2F064
2F112
【Ｆターム（参考）】
2F064AA01
2F064DD09
2F064EE05
2F064FF08
2F064GG02
2F064GG24
2F064HH01
2F064JJ04
2F064JJ15
2F112AD10
2F112BA12
2F112BA15
2F112CA12
2F112DA15
2F112DA22
2F112DA30
2F112FA03
2F112FA07
2F112FA21
2F112FA45
(57)【要約】
【課題】主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、適切な第２光ファイバを副干渉計に接続可能な光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサを提供することである。
【解決手段】光ファイバケーブル１３０は、主干渉計１１２から入力された光をセンサヘッド１２０に導くとともに、当該センサヘッド１２０からの光を当該主干渉計１１２に出力する第１光ファイバ１３１と、副干渉計１１４から入力された光を伝搬させて当該副干渉計１１４に出力する第２光ファイバ１３２と、を備え、第１光ファイバ１３１の光路長及び第２光ファイバ１３２の光路長は、主干渉計１１２を経由する第１光路長と、副干渉計１１４を経由する第２光路長とが略同一となるように設定される。
【選択図】図１０
【解決手段】光ファイバケーブル１３０は、主干渉計１１２から入力された光をセンサヘッド１２０に導くとともに、当該センサヘッド１２０からの光を当該主干渉計１１２に出力する第１光ファイバ１３１と、副干渉計１１４から入力された光を伝搬させて当該副干渉計１１４に出力する第２光ファイバ１３２と、を備え、第１光ファイバ１３１の光路長及び第２光ファイバ１３２の光路長は、主干渉計１１２を経由する第１光路長と、副干渉計１１４を経由する第２光路長とが略同一となるように設定される。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長掃引光源を用いて計測対象物を計測するための第１干渉信号を生成する主干渉計と、前記第１干渉信号の非線形性を補正するための第２干渉信号を生成する副干渉計とを有する光干渉測距センサに用いられる光ファイバケーブルであって、
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記波長掃引光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記波長掃引光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光ファイバケーブル。
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記波長掃引光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記波長掃引光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光ファイバケーブル。
【請求項2】
前記第２光ファイバには、当該第２光ファイバを伝搬する光を反射させる反射部が構成されている、
請求項１に記載の光ファイバケーブル。
請求項１に記載の光ファイバケーブル。
【請求項3】
前記反射部は、当該光ファイバケーブルの内部に配置される、
請求項２に記載の光ファイバケーブル。
請求項２に記載の光ファイバケーブル。
【請求項4】
前記反射部は、当該光ファイバケーブルの外部に配置される、
請求項２に記載の光ファイバケーブル。
請求項２に記載の光ファイバケーブル。
【請求項5】
計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、
波長を変化させながら光を投光する光源と、
前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記計測対象物に照射して反射される測定光と、前記測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、
前記第２干渉信号に基づいて前記第１干渉信号を補正しつつ、前記センサヘッドから前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光を前記センサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
コントローラ。
波長を変化させながら光を投光する光源と、
前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記計測対象物に照射して反射される測定光と、前記測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、
前記第２干渉信号に基づいて前記第１干渉信号を補正しつつ、前記センサヘッドから前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光を前記センサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
コントローラ。
【請求項6】
波長掃引光源を用いて計測対象物を計測するコントローラ、及び前記コントローラと前記計測対象物に光を照射するセンサヘッドとを接続する光ファイバケーブルを有する光干渉測距センサであって、
前記コントローラは、
波長を変化させながら光を投光する光源と、
前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記計測対象物に照射して反射される測定光と、前記測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、
前記第２干渉信号に基づいて前記第１干渉信号を補正しつつ、前記センサヘッドから前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光干渉測距センサ。
前記コントローラは、
波長を変化させながら光を投光する光源と、
前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記計測対象物に照射して反射される測定光と、前記測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、
前記第２干渉信号に基づいて前記第１干渉信号を補正しつつ、前記センサヘッドから前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、
前記主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、
前記副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、
前記第１光ファイバの光路長及び前記第２光ファイバの光路長は、前記光源から投光されてから前記主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、前記光源から投光されてから前記副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光干渉測距センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、非接触で計測対象物までの距離を計測する光測距センサが普及している。例えば、光測距センサとして、波長掃引光源から投光される光から、参照光と測定光とに基づく干渉光を生成し、当該干渉光に基づいて計測対象物までの距離を計測する光干渉測距センサが知られている。
【0003】
このような光干渉測距センサでは、干渉計の出力信号に対して波長掃引の非線形を補正する線形化処理が行われる。例えば、特許文献１に記載されている光周波数領域反射測定装置では、遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号を出力する補助干渉計、及び異なる遅延時間を持つ複数の線形化部を有し、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して、波長掃引の非線形を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１８１１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、波長掃引光源を用いて計測対象物を計測する光干渉測距センサにおいて、センサヘッドに繋がる光ファイバには、様々な長さや種類のものがあり、使用状況に応じてユーザがその長さや種類を選択し、付け替えたりする場合がある。この場合、特許文献１に記載されている光周波数領域反射測定装置では、測定干渉信号を生成する主干渉計での光路長（ユーザによって付け替えられた光ファイバ）に応じて、補助干渉信号を生成する補助干渉計での光路長を調整しなければ、波長掃引の非線形を適切に補正できない。
【0006】
すなわち、例えば、ユーザによって主干渉計での光路長が変更された場合、それに応じて補助干渉計での光路長も調整しなければならず、特許文献１では、このような状況への対策に関して考慮されていない。
【0007】
そこで、本発明は、主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、適切な第２光ファイバを副干渉計に接続可能な光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ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】
【0008】
本発明の一態様に係る光ファイバケーブルは、波長掃引光源を用いて計測対象物を計測するための第１干渉信号を生成する主干渉計と、第１干渉信号の非線形性を補正するための第２干渉信号を生成する副干渉計とを有する光干渉測距センサに用いられる光ファイバケーブルであって、主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバの光路長及び第２光ファイバの光路長は、波長掃引光源から投光されてから主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、波長掃引光源から投光されてから副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される。
【0009】
この態様によれば、主干渉計に接続される第１光ファイバと、副干渉計に接続される第２光ファイバとを備え、第１光ファイバの光路長及び第２光ファイバの光路長は、主干渉計を経由する第１光路長と副干渉計を経由する第２光路長とが略同一となるように設定されているため、主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、副干渉計に適切な第２光ファイバを接続することができる。その結果、波長掃引の非線形を適切に補正して、高精度に計測対象物を計測することができる。
【0010】
上記態様において、第２光ファイバには、当該第２光ファイバを伝搬する光を反射させる反射部が構成されてもよい。
【0011】
この態様によれば、反射部で反射する光の光路長を具体的に考慮して、第１光ファイバに対応する適切な第２光ファイバを設定することができる。
【0012】
上記態様において、反射部は、当該光ファイバケーブルの内部に配置されてもよい。
【0013】
この態様によれば、光ファイバケーブルの内部に反射部が形成されるため、当該反射部は破損し難く適切に保護される。
【0014】
上記態様において、反射部は、当該光ファイバケーブルの外部に配置されもよい。
【0015】
この態様によれば、光ファイバケーブルの外部に反射部が形成されるため、第２光ファイバの光路長を調整し易く、第１光ファイバに対応する適切な第２光ファイバを設定することができる。
【0016】
本発明の一態様に係るコントローラは、計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、波長を変化させながら光を投光する光源と、光源から投光された光が供給され、センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される測定光と、測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、第２干渉信号に基づいて第１干渉信号を補正しつつ、センサヘッドから計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、光ファイバケーブルは、主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバの光路長及び第２光ファイバの光路長は、光源から投光されてから主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、光源から投光されてから副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される。
【0017】
この態様によれば、主干渉計に接続される第１光ファイバと、副干渉計に接続される第２光ファイバとを備え、第１光ファイバの第１光路長と、第２光ファイバの第２光路長とが略同一となるように設定されているため、主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、副干渉計に適切な第２光ファイバを接続することができる。その結果、コントローラは、第１光ファイバ及び第２光ファイバを備えた光ファイバケーブルに接続することができ、波長掃引の非線形を適切に補正して、高精度に計測対象物を計測することができる。
【0018】
本発明の一態様に係る光干渉測距センサは、波長掃引光源を用いて計測対象物を計測するコントローラ、及びコントローラと計測対象物に光を照射するセンサヘッドとを接続する光ファイバケーブルを有する光干渉測距センサであって、コントローラは、波長を変化させながら光を投光する光源と、光源から投光された光が供給され、センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される測定光と、測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する副干渉計と、第２干渉信号に基づいて第１干渉信号を補正しつつ、センサヘッドから計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、光ファイバケーブルは、主干渉計に接続されることで当該主干渉計から入力された光をセンサヘッドに導くとともに、当該センサヘッドからの光を当該主干渉計に出力する第１光ファイバと、副干渉計に接続されることで当該副干渉計から入力された光を伝搬させて当該副干渉計に出力する第２光ファイバと、を備え、第１光ファイバの光路長及び第２光ファイバの光路長は、光源から投光されてから主干渉計における受光部で受光されるまでの第１光路長と、光源から投光されてから副干渉計における受光部で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される。
【0019】
この態様によれば、主干渉計に接続される第１光ファイバと、副干渉計に接続される第２光ファイバとを備え、第１光ファイバの第１光路長と、第２光ファイバの第２光路長とが略同一となるように設定されているため、主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、副干渉計に適切な第２光ファイバを接続することができる。その結果、第１光ファイバ及び第２光ファイバを備えた光ファイバケーブルを用いて、波長掃引の非線形を適切に補正して、高精度に計測対象物を計測する光干渉測距センサを実現することができる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、主干渉計に接続される第１光ファイバに対応して、適切な第２光ファイバを副干渉計に接続可能な光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。
【図2】本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。
【図3】本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。
【図4】本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。
【図5A】本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。
【図5B】本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される別の原理を説明するための図である。
【図6A】センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図である。
【図6B】センサヘッド２０の内部構造を示す模式図である。
【図7】コントローラ３０における信号処理について説明するためのブロック図である。
【図8】コントローラ３０における処理部５９によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。
【図9A】波形信号（電圧ｖｓ時間）がスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換される様子を示す図である。
【図9B】スペクトル（電圧ｖｓ周波数）がスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換される様子を示す図である。
【図9C】スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークを検出し、それに対応する距離値が算出される様子を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。
【図11】光ファイバケーブル１３０がコントローラ１１０に着脱可能である様子を示す図である。
【図12】主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０１の構成概要図である。
【図13】主干渉計１１２及び副干渉計１１４の他の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０１の構成概要図である。
【図14】光ファイバケーブル１３０における反射部１３３の具体的な構成を示す模式図である。
【図15】第２光ファイバ１３２に折り返し部１３４が形成された光ファイバケーブル１３０を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０３の構成概要図である。
【図16】副干渉計１１４と接続される第２光ファイバを複数備えた光ファイバケーブル１３０を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０４の構成概要図である。
【図17】多段式の光路が設けられた主干渉計１１２を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０５の構成概要図である。
【図18】測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明の好適な各実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する各実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する場合がある。
【0023】
［変位センサの概要］
先ず、本開示に係る変位センサの概要について説明する。
図１は、本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。図１に示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０とコントローラ３０とを備え、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。
先ず、本開示に係る変位センサの概要について説明する。
図１は、本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。図１に示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０とコントローラ３０とを備え、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。
【0024】
センサヘッド２０とコントローラ３０とは、光ファイバ４０で接続されており、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられている。また、コントローラ３０は、表示部３１と、設定部３２と、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部３３と、光ファイバ接続部３４と、外部記憶部３５とを含み、さらに、内部には、計測処理部３６を有する。
【0025】
センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力される光を計測対象物Ｔに照射し、当該計測対象物Ｔからの反射光を受光する。センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力されて光ファイバ４０を介して受光した光を反射させ、上述した計測対象物Ｔからの反射光と干渉させるための参照面を、内部に有している。
【0026】
なお、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられているが、当該対物レンズ２１は着脱可能な構成となっている。対物レンズ２１は、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズに交換可能であって、又は可変焦点の対物レンズを適用してもよい。
【0027】
さらに、センサヘッド２０を設置する際には、ガイド光（可視光）を計測対象物Ｔに照射して、当該変位センサ１０の計測領域内に計測対象物Ｔが適切に位置するようにセンサヘッド２０及び／又は計測対象物Ｔを設置してもよい。
【0028】
光ファイバ４０は、コントローラ３０に配置される光ファイバ接続部３４に接続されて延伸し、当該コントローラ３０とセンサヘッド２０とを接続する。これにより、光ファイバ４０は、コントローラ３０から投光される光をセンサヘッド２０に導き、さらに、センサヘッド２０からの戻り光をコントローラ３０へ導くように構成されている。なお、光ファイバ４０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０に着脱可能であって、長さ、太さ及び特性等において種々の光ファイバを適用することができる。
【0029】
表示部３１は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等で構成される。表示部３１には、変位センサ１０の設定値、センサヘッド２０からの戻り光の受光量、及び変位センサ１０によって計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等の計測結果が表示される。
【0030】
設定部３２は、例えば、機械式ボタンやタッチパネル等をユーザが操作することによって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われる。これらの必要な設定の全部又は一部は、予め設定されていてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部３３に接続された外部接続機器（図示せず）から設定されてもよい。また、外部接続機器は、ネットワークを介して有線又は無線で接続されていてもよい。
【0031】
ここで、外部Ｉ／Ｆ部３３は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＲＳ２３２Ｃ、及びアナログ出力等で構成される。外部Ｉ／Ｆ部３３には、他の接続機器に接続されて当該外部接続機器から必要な設定が行われたり、変位センサ１０によって計測された計測結果等を外部接続機器に出力したりしてもよい。
【0032】
また、コントローラ３０が外部記憶部３５に記憶されたデータを取り込むことにより、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われてもよい。外部記憶部３５は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の補助記憶装置であって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定等が予め記憶されている。
【0033】
コントローラ３０における計測処理部３６は、例えば、連続的に波長を変化させながら光を投光する波長掃引光源、センサヘッド２０からの戻り光を受光して電気信号に変換する受光素子、及び電気信号を処理する信号処理回路等を含む。計測処理部３６では、センサヘッド２０からの戻り光に基づいて、最終的には、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出されるように制御部及び記憶部等を用いて様々な処理がなされている。これらの処理についての詳細は後述する。
【0034】
【0035】
ステップＳ１１では、センサヘッド２０を設置する。例えば、センサヘッド２０から計測対象物Ｔにガイド光を照射して、それを参考にして、センサヘッド２０を適切な位置に設置する。
【0036】
具体的には、コントローラ３０における表示部３１に、センサヘッド２０からの戻り光の受光量を表示し、ユーザは、当該受光量を確認しながら、センサヘッド２０の向き及び計測対象物Ｔとの距離（高さ位置）等を調整してもよい。基本的には、センサヘッド２０からの光を計測対象物Ｔに対して垂直に（より垂直に近い角度で）照射できれば、当該計測対象物Ｔからの反射光の光量が大きく、センサヘッド２０からの戻り光の受光量も大きくなる。
【0037】
また、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズ２１に交換してもよい。
【0038】
さらに、計測対象物Ｔを計測するに際して適切な設定ができない場合（例えば、計測に必要な受光量を得られない、又は対物レンズ２１の焦点距離が不適切である等）には、エラー又は設定未完了等を、表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりして、ユーザに通知するようにしてもよい。
【0039】
ステップＳ１２では、計測対象物Ｔを計測するに際して種々の計測条件を設定する。例えば、センサヘッド２０が有する固有の校正データ（線形性を補正する関数等）を、ユーザがコントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定する。
【0040】
また、各種パラメータを設定してもよい。例えば、サンプリング時間、計測範囲、及び計測結果を正常とするか異常とするかの閾値等が設定される。さらに、計測対象物Ｔの反射率及び材質等の計測対象物Ｔの特性に応じて測定周期が設定され、及び計測対象物Ｔの材質に応じた測定モード等が設定されるようにしてもよい。
【0041】
なお、これらの計測条件及び各種パラメータの設定は、コントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定されるが、外部接続機器から設定されてもよいし、外部記憶部３５からデータを取り込むことによって設定されてもよい。
【0042】
ステップＳ１３では、ステップＳ１１で設置されたセンサヘッド２０で、ステップＳ１２で設定された計測条件及び各種パラメータに従って、計測対象物Ｔを計測する。
【0043】
具体的には、コントローラ３０の計測処理部３６において、波長掃引光源から光が投光され、センサヘッド２０からの戻り光を受光素子で受光し、信号処理回路によって周波数解析、距離変換及びピーク検出等がなされて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出される。具体的な計測処理についての詳細は、後述する。
【0044】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で計測された計測結果を出力する。例えば、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等を、コントローラ３０における表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりする。
【0045】
また、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が、ステップＳ１２で設定された閾値に基づいて、正常の範囲内であるか異常かについても計測結果として表示又は出力されてもよい。さらに、ステップＳ１２で設定された計測条件、各種パラメータ及び測定モード等も共に表示又は出力されてもよい。
【0046】
［変位センサを含むシステムの概要］
図３は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、センサシステム１は、変位センサ１０と、制御機器１１と、制御信号入力用センサ１２と、外部接続機器１３とを備える。なお、変位センサ１０は、制御機器１１及び外部接続機器１３とは、例えば、通信ケーブル又は外部接続コード（例えば、外部入力線、外部出力線及び電源線等を含む）で接続され、制御機器１１と制御信号入力用センサ１２とは信号線で接続される。
図３は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、センサシステム１は、変位センサ１０と、制御機器１１と、制御信号入力用センサ１２と、外部接続機器１３とを備える。なお、変位センサ１０は、制御機器１１及び外部接続機器１３とは、例えば、通信ケーブル又は外部接続コード（例えば、外部入力線、外部出力線及び電源線等を含む）で接続され、制御機器１１と制御信号入力用センサ１２とは信号線で接続される。
【0047】
変位センサ１０は、図１及び図２を用いて説明したように、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。そして、変位センサ１０は、その計測結果等を制御機器１１及び外部接続機器１３に出力してもよい。
【0048】
制御機器１１は、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であって、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するに際して、当該変位センサ１０に対して各種の指示を与える。
【0049】
例えば、制御機器１１は、制御機器１１に接続された制御信号入力用センサ１２からの入力信号に基づいて、測定タイミング信号を変位センサ１０に出力してもよいし、ゼロリセット命令信号（現在の計測値を０に設定するための信号）等を変位センサ１０に出力してもよい。
【0050】
制御信号入力用センサ１２は、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するタイミングを指示するオン／オフ信号を、制御機器１１に出力する。例えば、制御信号入力用センサ１２は、計測対象物Ｔが移動する生産ラインの近傍に設置され、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知して、制御機器１１にオン／オフ信号を出力すればよい。
【0051】
外部接続機器１３は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であって、ユーザが操作することによって、変位センサ１０に対して様々な設定を行うことができる。
【0052】
具体例としては、測定モード、動作モード、測定周期、及び計測対象物Ｔの材質等が設定される。
【0053】
測定モードの設定として、制御機器１１内部で周期的に計測開始する「内部同期計測モード」、又は制御機器１１外部からの入力信号に応じて計測開始する「外部同期計測モード」等が選択される。
【0054】
動作モードの設定として、実際に計測対象物Ｔを計測する「運転モード」、又は計測対象物Ｔを計測するための計測条件を設定する「調整モード」等が選択される。
【0055】
測定周期は、計測対象物Ｔを測定する周期であり、計測対象物Ｔの反射率に応じて設定すればよいが、仮に、計測対象物Ｔの反射率が低い場合であっても、測定周期を長くして適切に測定周期を設定すれば、計測対象物Ｔを適切に測定することができる。
【0056】
計測対象物Ｔについて、反射光の成分として拡散反射が比較的多い場合に適した「粗面モード」、反射光の成分として鏡面反射が比較的多い場合に適した「鏡面モード」、又はこれらの中間的な「標準モード」等が選択される。
【0057】
このように、計測対象物Ｔの反射率及び材質に応じて、適切な設定を行うことによって、より高精度に計測対象物Ｔを計測することができる。
【0058】
図４は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、当該手順は、上述した外部同期計測モードの場合の手順であって、ステップＳ２１～Ｓ２４を含む。
【0059】
ステップＳ２１では、センサシステム１は、計測される対象である計測対象物Ｔを検知する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、生産ライン上において、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知する。
【0060】
ステップＳ２２では、センサシステム１は、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを変位センサ１０によって計測するように計測指示する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、制御機器１１にオン／オフ信号を出力することにより、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを測定するタイミングを指示し、制御機器１１は、当該オン／オフ信号に基づいて、変位センサ１０に測定タイミング信号を出力して、計測対象物Ｔを計測するように計測指示する。
【0061】
ステップＳ２３では、変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される。具体的には、変位センサ１０は、ステップＳ２２で受け取った計測指示に基づいて、計測対象物Ｔを計測する。
【0062】
ステップＳ２４では、センサシステム１は、ステップＳ２３で計測された計測結果を出力する。具体的には、変位センサ１０は、計測処理の結果を、表示部３１に表示したり、外部Ｉ／Ｆ部３３を経由して制御機器１１又は外部接続機器１３等に出力したりする。
【0063】
なお、ここでは、図４を用いて、制御信号入力用センサ１２によって計測対象物Ｔが検知されることにより計測対象物Ｔを計測する外部同期計測モードの場合についての手順を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、内部同期計測モードの場合は、ステップＳ２１及びＳ２２に代わって、予め設定された周期に基づいて測定タイミング信号が生成されることにより、計測対象物Ｔを計測するように変位センサ１０に指示する。
【0064】
次に、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明する。
図５Ａは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。図５Ａに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｅと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、複数の増幅回路５７ａ～５７ｃと、複数のアナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８ａ～５８ｃと、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。
図５Ａは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。図５Ａに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｅと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、複数の増幅回路５７ａ～５７ｃと、複数のアナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８ａ～５８ｃと、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。
【0065】
波長掃引光源５１は、波長を掃引したレーザ光を投光する。波長掃引光源５１としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）を電流で変調する方式を適用すれば、共振器長が短いためにモードホップを起こしにくく、波長を変化させることが容易であり、低コストで実現することができる。
【0066】
光増幅器５２は、波長掃引光源５１から投光される光を増幅する。光増幅器５２は、例えば、ＥＤＦＡ（ｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を適用し、例えば、１５５０ｎｍ専用の光増幅器であってもよい。
【0067】
アイソレータ５３は、入射した光を一方向に透過させる光学素子であって、戻り光によって発生するノイズの影響を防ぐために、波長掃引光源５１の直後に配置されてもよい。
【0068】
このように、波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐される。例えば、光カプラ５４では、主干渉計と副干渉計とに分岐する光の割合は、主干渉計側に９０％以上分岐させるようにしてもよい。
【0069】
主干渉計に分岐された光は、さらに、１段目の光カプラ５４ａによって、センサヘッド２０の方向と２段目の光カプラ５４ｂの方向とに分岐される。
【0070】
１段目の光カプラ５４ａによってセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、１段目の光カプラ５４ａに戻り、その後、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。
【0071】
１段目の光カプラ５４ａによって２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ａを介して２段目の光カプラ５４ｂに向かい、当該２段目の光カプラ５４ｂによって、さらにセンサヘッド２０の方向と３段目の光カプラ５４ｃの方向とに分岐される。光カプラ５４ｂからセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、２段目の光カプラ５４ｂに戻り、当該光カプラ５４ｂによってアイソレータ５３ａ及び受光素子５６ｂそれぞれの方向へ分岐される。光カプラ５４ｂから受光素子５６ｂの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ａは、前段の光カプラ５４ａから後段の光カプラ５４ｂへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｂから前段の光カプラ５４ａへの光を遮断するため、光カプラ５４ｂからアイソレータ５３ａの方向へ分岐された光は、遮断される。
【0072】
２段目の光カプラ５４ｂによって３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ｂを介して３段目の光カプラ５４ｃに向かい、当該３段目の光カプラ５４ｃによって、さらにセンサヘッド２０の方向と減衰器５５の方向とに分岐される。光カプラ５４ｃからセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目及び２段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、３段目の光カプラ５４ｃに戻り、当該光カプラ５４ｃによってアイソレータ５３ｂ及び受光素子５６ｃそれぞれの方向へ分岐される。光カプラ５４ｃから受光素子５６ｃの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ｂは、前段の光カプラ５４ｂから後段の光カプラ５４ｃへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｃから前段の光カプラ５４ｂへの光を遮断するため、光カプラ５４ｃからアイソレータ５３ｂの方向へ分岐された光は、遮断される。
【0073】
なお、３段目の光カプラ５４ｃによってセンサヘッド２０でない方向に分岐された光は、計測対象物Ｔの計測に用いられないため、反射して戻ってこないように、例えば、ターミネータ等の減衰器５５によって減衰されるとよい。
【0074】
このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれセンサヘッド２０の光ファイバの先端（端面）から計測対象物Ｔまでの距離の２倍（往復）を光路長差とした干渉計であり、それぞれ光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。
【0075】
受光素子５６ａ～５６ｃは、上述したように主干渉計からの干渉光を受光し、当該受光した受光量に応じた電気信号を生成する。
【0076】
増幅回路５７ａ～５７ｃは、それぞれ受光素子５６ａ～５６ｃから出力される電気信号を増幅する。
【0077】
ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃは、それぞれ増幅回路５７ａ～５７ｃによって増幅された電気信号を受信して、当該電気信号に関してアナログ信号からデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。ここで、ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃは、副干渉計における補正信号生成部６１からの補正信号に基づいて、ＡＤ変換する。
【0078】
副干渉計では、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を補正するために、副干渉計にて干渉信号を取得し、Ｋクロックと呼ばれる補正信号を生成する。
【0079】
具体的には、光カプラ５４によって副干渉計に分岐された光は、光カプラ５４ｄによって、さらに分岐される。ここで、分岐された各光の光路は、例えば、光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間において異なる長さの光ファイバを用いて光路長差を有するように構成されて、当該光路長差に応じた干渉光が光カプラ５４ｅから出力される。そして、バランスディテクタ６０は、光カプラ５４ｅからの干渉光を受光し、その逆位相の信号との差分を取ることによってノイズを除去しつつ、光信号を増幅して電気信号に変換する。
【0080】
なお、光カプラ５４ｄ及び光カプラ５４ｅは、いずれも５０：５０の割合で光を分岐すればよい。
【0081】
補正信号生成部６１は、バランスディテクタ６０からの電気信号に基づいて、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を把握し、当該非線形に応じたＫクロックを生成し、ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに出力する。
【0082】
波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性から、主干渉計においてそれぞれＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに入力されるアナログ信号の波の間隔は等間隔ではない。ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃでは、波の間隔が等間隔になるように、上述したＫクロックに基づいてサンプリング時間を補正してＡＤ変換（サンプリング）される。
【0083】
なお、Ｋクロックは、上述したように、主干渉計のアナログ信号をサンプリングするために用いられる補正信号であるため、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要がある。具体的には、副干渉計における光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間で設けられた光路長差を、主干渉計における光ファイバの先端（端面）と計測対象物Ｔとの間で設けられた光路長差よりも長くしてもよいし、補正信号生成部６１で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。
【0084】
処理部５９は、それぞれＡＤ変換部５８ａ～５８ｃによって非線形性が補正されつつＡＤ変換されたデジタル信号を取得し、当該デジタル信号に基づいて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を算出する。具体的には、処理部５９では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いてデジタル信号を周波数変換し、それらを解析することによって距離が算出される。処理部５９における詳細な処理については後述する。
【0085】
なお、処理部５９では、高速処理が要求されることから、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等の集積回路で実現される場合が多い。
【0086】
また、ここでは、主干渉計において３段の光路を設けて、センサヘッド２０によってそれぞれの光路から計測対象物Ｔに対して測定光が照射され、それぞれから得られる干渉光（戻り光）に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。主干渉計におけるチャネルは、３段に限定されるものではなく、１段又は２段であってもよいし、４段以上であってもよい。
【0087】
図５Ｂは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される別の原理を説明するための図である。図５Ｂに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｊと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、複数の増幅回路５７ａ～５７ｃと、複数のアナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８ａ～５８ｃと、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。図５Ｂに示された変位センサ１０は、主に、光カプラ５４ｆ～５４ｊを備えている点で、図５Ａに示された変位センサ１０の構成とは異なり、当該異なる構成による原理について、図５Ａと比較しながら詳しく説明する。
【0088】
波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計側と副干渉計側とに分岐されるが、主干渉計側に分岐された光は、さらに、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐される。
【0089】
測定光は、図５Ａで説明したように、１段目の光カプラ５４ａによってコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射する。ここで、図５Ａでは、光ファイバの先端（端面）を参照面として、当該参照面で反射した光と計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されていたが、図５Ｂでは、光が反射する参照面を設けていない。すなわち、図５Ｂでは、図５Ａのように参照面で反射する光が発生しないため、計測対象物Ｔで反射された測定光が１段目の光カプラ５４ａに戻ることなる。
【0090】
同様に、１段目の光カプラ５４ａから２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、当該２段目の光カプラ５４ｂによってコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して２段目の光カプラ５４ｂに戻る。２段目の光カプラ５４ｂから３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、当該３段目の光カプラ５４ｃによってコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して３段目の光カプラ５４ｃに戻る。
【0091】
一方、光カプラ５４ｆによって分岐された参照光は、さらに、光カプラ５４ｇによって光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに分岐される。
【0092】
光カプラ５４ｈでは、光カプラ５４ａから出力される計測対象物Ｔで反射された測定光と、光カプラ５４ｇから出力される参照光とが干渉し、干渉光が生成されて、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。換言すれば、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐され、当該測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、コリメートレンズ２２ａ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｈまで到達する光路）と、当該参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｈまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。
【0093】
同様に、光カプラ５４ｉでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、コリメートレンズ２２ｂ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｉまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｉまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。
【0094】
光カプラ５４ｊでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、コリメートレンズ２２ｃ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｊまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｊまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。なお、受光素子５６ａ～５６ｃは、例えば、バランスフォトディテクタであってもよい。
【0095】
このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれ計測対象物Ｔで反射されて光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される測定光と、光カプラ５４ｆ及び５４ｇを介してそれぞれ光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される参照光との光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。
【0096】
なお、測定光と参照光との光路長差は、３チャネルにおいてそれぞれ異なるように、例えば、光カプラ５４ｇと、各光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊとの光路長を異なるように設定してもよい。
【0097】
そして、それぞれから得られる干渉光に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。
【0098】
［センサヘッドの構造］
ここで、変位センサ１０に用いられるセンサヘッドの構造について説明する。
図６Ａは、センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図であり、図６Ｂは、センサヘッドの内部構造を示す模式図である。
ここで、変位センサ１０に用いられるセンサヘッドの構造について説明する。
図６Ａは、センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図であり、図６Ｂは、センサヘッドの内部構造を示す模式図である。
【0099】
図６Ａに示されるように、センサヘッド２０は、レンズホルダ２３に対物レンズ２１及びコリメートレンズが格納されている。例えば、レンズホルダ２３のサイズは、対物レンズ２１を囲う一辺の長さが２０ｍｍ程度であり、光軸方向への長さが４０ｍｍ程度である。
【0100】
図６Ｂに示されるように、レンズホルダ２３には、１つの対物レンズ２１及び３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃが格納されている。光ファイバからの光は、光ファイバアレイ２４を介して３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃに導かれるように構成されており、さらに、３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃを通過した光は、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔに照射される。
【0101】
このように、これらの光ファイバ、コリメートレンズ２２ａ～２２ｃ及び光ファイバアレイ２４は、対物レンズ２１とともに、レンズホルダ２３によって保持されて、センサヘッド２０を構成している。
【0102】
また、センサヘッド２０を構成するレンズホルダ２３は、高強度で、また高精度に加工できる金属（例えば、Ａ２０１７）で作製されていてもよい。
【0103】
図７は、コントローラ３０における信号処理について説明するためのブロック図である。図７に示されるように、コントローラ３０は、複数の受光素子７１ａ～７１ｅと、複数の増幅回路７２ａ～７２ｃと、複数のＡＤ変換部７４ａ～７４ｃと、処理部７５と、差動増幅回路７６と、補正信号生成部７７とを備える。
【0104】
コントローラ３０では、図５Ａで示されたように、波長掃引光源５１から投光された光を光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐し、それぞれより得られる主干渉信号及び副干渉信号を処理することによって、計測対象物Ｔまでの距離値を算出している。
【0105】
複数の受光素子７１ａ～７１ｃは、図５Ａに示された受光素子５６ａ～５６ｃに相当し、主干渉計からの主干渉信号をそれぞれ受光して、電流信号としてそれぞれ増幅回路７２ａ～７２ｃに出力する。
【0106】
複数の増幅回路７２ａ～７２ｃは、電流信号を電圧信号に変換（Ｉ－Ｖ変換）して増幅する。
【0107】
複数のＡＤ変換部７４ａ～７４ｃは、図５Ａに示されたＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに相当し、後述する補正信号生成部７７からのＫクロックに基づいて、電圧信号をデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。
【0108】
処理部７５は、図５Ａに示された処理部５９に相当し、ＡＤ変換部７４ａ～７４ｃからのデジタル信号をＦＦＴを用いて周波数に変換し、それらを解析して、計測対象物Ｔまでの距離値を算出する。
【0109】
複数の受光素子７１ｄ～７１ｅ及び差動増幅回路７６は、図５Ａに示されたバランスディテクタ６０に相当し、副干渉計における干渉光をそれぞれ受光して、一方は位相の反転した干渉信号を出力し、２つの信号の差分を取ることによってノイズを除去しつつ、干渉信号を増幅して電圧信号に変換する。
【0110】
補正信号生成部７７は、図５Ａに示された補正信号生成部６１に相当し、電圧信号をコンパレータで２値化し、Ｋクロックを生成し、ＡＤ変換部７４ａ～７４ｃに出力する。Ｋクロックは、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要があるため、補正信号生成部７７で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。
【0111】
【0112】
ステップＳ３１では、処理部５９は、下記ＦＦＴを用いて、波形信号（電圧ｖｓ時間）をスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換する。図９Ａは、波形信号（電圧ｖｓ時間）がスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換される様子を示す図である。
【数1】
【0113】
ステップＳ３２では、処理部５９は、スペクトル（電圧ｖｓ周波数）をスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換する。図９Ｂは、スペクトル（電圧ｖｓ周波数）がスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換される様子を示す図である。
【0114】
ステップＳ３３では、処理部５９は、スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークに対応する距離値を算出する。図９Ｃは、スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークを検出し、それに対応する距離値が算出される様子を示す図である。図９Ｃに示されるように、ここでは、３チャネルにおいて、それぞれスペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークが検出され、それぞれピークに対応する距離値が算出される。
【0115】
ステップＳ３４では、処理部５９は、ステップＳ３３で算出された距離値を平均化する。具体的には、処理部５９は、ステップＳ３３で３チャネルにおいてそれぞれスペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークが検出され、それに対応する距離値が算出されているため、それらを平均化して、当該平均化した算出結果を計測対象物Ｔまでの距離として出力する。
【0116】
なお、ステップＳ３４では、処理部５９は、ステップＳ３３で算出された距離値を平均化する際に、ＳＮＲが閾値以上である距離値平均化することが好ましい。例えば、３チャンネルのうち、いずれかのチャンネルにおいて、そのスペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークが検出されたものの、ＳＮＲが閾値未満の場合には、当該スペクトルに基づいて算出される距離値は、信頼性が低いと判断し、採用しない。
【0117】
次に、本開示に関して、より特徴的な構成、機能及び性質を中心に、具体的な実施形態として詳細に説明する。なお、以下に示される光干渉測距センサは、図１～図９を用いて説明した変位センサ１０に相当し、当該光干渉測距センサに含まれる基本的な構成、機能及び性質の全部又は一部は、図１～図９を用いて説明した変位センサ１０に含まれる構成、機能及び性質と共通している。
【0118】
＜一実施形態＞
［光干渉測距センサの構成］
図１０は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。図１０に示されるように、光干渉測距センサ１００は、コントローラ１１０とセンサヘッド１２０とを有し、さらに、これらを接続する光ファイバケーブル１３０を含み、干渉光に基づいて計測対象物Ｔまでの距離を計測する。
［光干渉測距センサの構成］
図１０は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。図１０に示されるように、光干渉測距センサ１００は、コントローラ１１０とセンサヘッド１２０とを有し、さらに、これらを接続する光ファイバケーブル１３０を含み、干渉光に基づいて計測対象物Ｔまでの距離を計測する。
【0119】
コントローラ１１０は、波長掃引光源１１１と、主干渉計１１２と、第１フォトディテクタ（受光部）１１３と、副干渉計１１４と、第２フォトディテクタ（受光部）１１５と、処理部１１６とを備える。光ファイバケーブル１３０は、複数の光ファイバから構成される光ファイバ群であって、ここでは、第１光ファイバ１３１と第２光ファイバ１３２から構成されており、第２光ファイバ１３２の端部には、反射部１３３が形成されている。
【0120】
波長掃引光源１１１は、連続的に波長を変化させながら光を投光する。すなわち、波長掃引光源１１１から投光される光は、継続して波長が変化している。そして、波長掃引光源１１１から投光された光は、例えば、光カプラ等の光分岐部を介して、主干渉計１１２と副干渉計１１４とに供給される。
【0121】
主干渉計１１２は、光ファイバケーブル１３０の第１光ファイバ１３１に接続されており、波長掃引光源１１１から投光された光を、第１光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２０に供給し、さらに、センサヘッド１２０からの戻り光を第１フォトディテクタ１１３に導く。
【0122】
具体的には、主干渉計１１２から第１光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２０に導かれた光は、測定光として、例えば、センサヘッド１２０に配置されたコリメートレンズや対物レンズを介して、計測対象物Ｔに照射される。そして、当該計測対象物Ｔでの反射光がセンサヘッド１２０に戻る。
【0123】
また、主干渉計１１２から第１光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２０に導かれた光の一部は、参照光として、例えば、第１光ファイバ１３１の先端に設けられた参照面で反射される。そして、上述した測定光と当該参照光とが干渉することにより、測定光及び参照光の光路長差に応じた干渉光が生成される（第１干渉信号）。
【0124】
このように、主干渉計１１２は、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、センサヘッド１２０により計測対象物Ｔに照射して反射される測定光と、測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく第１干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第１干渉信号を生成するということから、主干渉計１１２に第１光ファイバ１３１及びセンサヘッド１２０を含めて主干渉計と言うこともできる。
【0125】
第１フォトディテクタ１１３は、主干渉計１１２によって生成された第１干渉信号を受光し、処理部１１６は、後述する第２干渉信号に基づいて当該第１干渉信号を補正しつつ、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。
【0126】
副干渉計１１４は、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて第２干渉信号を生成する。例えば、副干渉計１１４は、光カプラ等の光分岐部を備え、波長掃引光源１１１から投光された光を異なる光路長の光路に分岐させ、さらに、それらを合成させて干渉させることにより第２干渉信号を生成すればよい。
【0127】
そして、副干渉計１１４は、光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２に接続されており、第２干渉信号を第２光ファイバ１３２に伝搬させた後、第２フォトディテクタ１１５に導く。具体的には、第２干渉信号は、第２光ファイバ１３２を伝搬し、反射部１３３で反射され、再び第２光ファイバ１３２を介して第２フォトディテクタ１１５によって受光される。なお、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第２干渉信号を生成するということから、副干渉計１１４に第２光ファイバ１３２及び反射部１３３を含めて副干渉計と言うこともできる。
【0128】
処理部１１６は、主干渉計１１２によって生成されて第１フォトディテクタ１１３で受光した第１干渉信号を、副干渉計１１４によって生成されて第２フォトディテクタ１１５で受光した第２干渉信号に基づいて補正しつつ、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。
【0129】
具体的には、波長掃引光源１１１の掃引時における波長の非線形性から、第１フォトディテクタ１１３で受光する第１干渉信号は、アナログ信号の波の間隔は等間隔ではない。このため、当該アナログ信号をＡＤ変換する際に、例えば、補正信号（Ｋクロック）を用いて、波の間隔が等間隔になるようにリニアライズ補正するとよい。
【0130】
ここで、補正信号（Ｋクロック）は、補正信号生成部（図５Ａ、図５Ｂ及び図７等）によって、第２干渉信号に基づいて生成される。第２干渉信号は、掃引時における波長の非線形性から、第１干渉信号と同様に非線形であるため、補正信号生成部は、当該第２干渉信号に基づいて掃引時における波長の非線形性を把握し、第１干渉信号のアナログ信号を適切にＡＤ変換（サンプリング）する補正信号（Ｋクロック）を生成することができる。
【0131】
なお、補正信号生成部において適切な補正信号（Ｋクロック）を生成するためには、第１フォトディテクタ１１３で受光する第１干渉信号の非線形性を、補正信号生成部で適切に把握される必要がある。このためには、第１干渉信号と第２干渉信号との特性（非線形性）を整合させておくことが好ましい。
【0132】
具体的には、光ファイバケーブル１３０において、第１光ファイバ１３１の光路長及び第２光ファイバ１３２の光路長を適切に設定する。波長掃引光源１１１から投光されてから第１干渉信号が第１フォトディテクタ１１３で受光されるまでの第１光路長と、波長掃引光源１１１から投光されてから第２フォトディテクタ１１５で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように、光ファイバケーブル１３０に配置される第１光ファイバ１３１及び第２光ファイバ１３２の長さが設定されるとよい。
【0133】
このように、主干渉計１１２を経由する第１光路長と副干渉計１１４を経由する第２光路長とが略同一となるように、光ファイバケーブル１３０において第１光ファイバ１３１及び第２光ファイバ１３２が配置されている。このため、例えば、主干渉計１１２に繋がるセンサヘッド１２０（光ファイバを含む）を付け替えたり、主干渉計１１２とセンサヘッド１２０とを接続する光ファイバを付け替えたりした場合であっても、副干渉計１１４に接続される光ファイバも適切に付け替えることができる。その結果、波長掃引光源１１１の掃引時における波長の非線形性を適切に補正して、高精度に計測対象物Ｔを計測することができる。
【0134】
［コントローラと光ファイバケーブルとの接続］
図１１は、光ファイバケーブル１３０がコントローラ１１０に着脱可能である様子を示す図である。図１１に示されるように、コントローラ１１０側には、第１光コネクタＣ１１及び第２光コネクタＣ１２が備えられ、光ファイバケーブル１３０側には、第１光コネクタＣ３１及び第２光コネクタＣ３２が備えられている。
図１１は、光ファイバケーブル１３０がコントローラ１１０に着脱可能である様子を示す図である。図１１に示されるように、コントローラ１１０側には、第１光コネクタＣ１１及び第２光コネクタＣ１２が備えられ、光ファイバケーブル１３０側には、第１光コネクタＣ３１及び第２光コネクタＣ３２が備えられている。
【0135】
コントローラ１１０側において、第１光コネクタＣ１１は、主干渉計１１２に接続される光ファイバの端部であり、第２光コネクタＣ１２は、副干渉計１１４に接続される光ファイバの端部である。
【0136】
光ファイバケーブル１３０側の第１光コネクタＣ３１は、コントローラ１１０側の第１光コネクタＣ１１と接続されることによって、主干渉計１１２と第１光ファイバ１３１とを接続する。
【0137】
光ファイバケーブル１３０側の第２光コネクタＣ３２は、コントローラ１１０側の第２光コネクタＣ１２と接続されることによって、副干渉計１１４と第２光ファイバ１３２とを接続する。
【0138】
このように、コントローラ１１０側の第１光コネクタＣ１１及び第２光コネクタＣ１２と、光ファイバケーブル１３０側の第１光コネクタＣ３１及び第２光コネクタＣ３２とによって、容易に、センサヘッド１２０に繋がる光ファイバを付け替えるとともに、副干渉計１１４に接続される光ファイバも適切に付け替えることができる。
【0139】
［主干渉計及び副干渉計の具体的構成］
図１２は、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０１の構成概要図である。図１２に示されるように、主干渉計１１２は、光カプラ１１２ａを備え、副干渉計１１４は、第１光カプラ１１４ａと、第２光カプラ１１４ｂと、サーキュレータ１１４ｃとを備える。
図１２は、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０１の構成概要図である。図１２に示されるように、主干渉計１１２は、光カプラ１１２ａを備え、副干渉計１１４は、第１光カプラ１１４ａと、第２光カプラ１１４ｂと、サーキュレータ１１４ｃとを備える。
【0140】
主干渉計１１２では、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、光カプラ１１２ａを介して光ファイバケーブル１３０の第１光ファイバ１３１を伝搬し、センサヘッド１２０に供給される。そして、センサヘッド１２０からの戻り光（測定光と参照光との第１干渉信号）は、第１光ファイバ１３１を伝搬し、光カプラ１１２ａを介して第１フォトディテクタ１１３に導かれる。なお、光カプラ１１２ａの残りのポートは、コアレスファイバ終端を備えた光ファイバに接続され、又は減衰器に接続されるとよい。
【0141】
副干渉計１１４では、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第１光カプラ１１４ａによって異なる光路長の光路を辿る２つの光に分岐され、その後、第２光カプラ１１４ｂによって合成されて、その光路長差に基づく第２干渉信号が生成される。当該第２干渉信号は、サーキュレータ１１４ｃを介して光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２を伝搬し、反射部１３３で反射され、再び、第２光ファイバ１３２を伝搬し、サーキュレータ１１４ｃを介して第２フォトディテクタ１１５に導かれる。
【0142】
図１３は、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の他の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０２の構成概要図である。図１３に示されるように、主干渉計１１２は、光カプラ１１２ａを備え、副干渉計１１４は、第１光カプラ１１４ａと、第２光カプラ１１４ｂと、第３光カプラ１１４ｄとを備える。
【0143】
【0144】
副干渉計１１４では、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第１光カプラ１１４ａによって異なる光路長の光路を辿る２つの光に分岐され、その後、第２光カプラ１１４ｂによって合成されて、その光路長差に基づく第２干渉信号が生成される。当該第２干渉信号は、第３光カプラ１１４ｄを介して光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２を伝搬し、反射部１３３で反射され、再び、第２光ファイバ１３２を伝搬し、第３光カプラ１１４ｄを介して第２フォトディテクタ１１５に導かれる。なお、第３光カプラ１１４ｄの残りのポートは、コアレスファイバ終端を備えた光ファイバに接続され、又は減衰器に接続されるとよい。
【0145】
［光ファイバケーブルにおける反射部の具体的構成］
図１４は、光ファイバケーブル１３０における反射部１３３の具体的な構成を示す模式図である。図１４に示されるように、第２光ファイバ１３２の端部には、反射部１３３が形成されているが、当該反射部１３３を光ファイバケーブル１３０の内部に形成する（Ａ）非貫通型、又は当該反射部１３３を光ファイバケーブル１３０の外部に形成する（Ｂ）貫通型とすることができる。
図１４は、光ファイバケーブル１３０における反射部１３３の具体的な構成を示す模式図である。図１４に示されるように、第２光ファイバ１３２の端部には、反射部１３３が形成されているが、当該反射部１３３を光ファイバケーブル１３０の内部に形成する（Ａ）非貫通型、又は当該反射部１３３を光ファイバケーブル１３０の外部に形成する（Ｂ）貫通型とすることができる。
【0146】
（Ａ）非貫通型の場合、光ファイバケーブル１３０の内部に反射部１３３が形成されるため、当該反射部１３３は破損し難く適切に保護されるというメリットがある。一方、（Ｂ）貫通型の場合、光ファイバケーブル１３０の外部に反射部１３３が形成されるため、第１光ファイバ１３１の光路長に合わせて第２光ファイバ１３２の光路長を調整しし易いというメリットがある。
【0147】
なお、第１光ファイバ１３１は、センサヘッド１２０に繋がるため、その接続部は、光ファイバケーブル１３０の外部に形成され、例えば、１％程度の反射コートとして構成されて、伝搬される光の反射を抑制することが好ましい。
【0148】
以上のように、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００（光干渉測距センサ１０１及び１０２を含む）によれば、光ファイバケーブル１３０は、主干渉計１１２に接続される第１光ファイバ１３１と、副干渉計１１４に接続される第２光ファイバ１３２とを備え、第１光ファイバ１３１の光路長及び第２光ファイバ１３２の光路長は、主干渉計１１２を経由する第１光路長と副干渉計１１４を経由する第２光路長とが略同一となるように設定されている。これにより、主干渉計１１２に接続される第１光ファイバ１３１に対応して、副干渉計１１４に適切な第２光ファイバ１３２を接続することができる。その結果、波長掃引の非線形を適切に補正して、高精度に計測対象物を計測することができる。
【0149】
なお、本実施形態では、光ファイバケーブル１３０において、第２光ファイバ１３２の端部に反射部１３３を形成していたが、第２光ファイバ１３２の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、反射部１３３に替えて折り返し部を形成するようにしてもよい。
【0150】
図１５は、第２光ファイバ１３２に折り返し部１３４が形成された光ファイバケーブル１３０を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０３の構成概要図である。図１５に示されるように、主干渉計１１２は、光カプラ１１２ａを備え、副干渉計１１４は、第１光カプラ１１４ａと、第２光カプラ１１４ｂとを備える。
【0151】
図１５に示された光干渉測距センサ１０３は、図１２に示された光干渉測距センサ１０１及び図１３に示された光干渉測距センサ１０２と比べて、副干渉計１１４において、サーキュレータ１１４ｃ及び第３光カプラ１１４ｄが配置されていない点で異なっている。
【0152】
副干渉計１１４では、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第１光カプラ１１４ａによって異なる光路長の光路を辿る２つの光に分岐され、その後、第２光カプラ１１４ｂによって合成されて、その光路長差に基づく第２干渉信号が生成される。当該第２干渉信号は、光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２を伝搬し、折り返し部１３４を経由して、副干渉計１１４に戻って第２フォトディテクタ１１５に導かれる。
【0153】
光干渉測距センサ１０３では、副干渉計１１４から光ファイバケーブル１３０に出力される光路を形成するために、コントローラ１１０側と光ファイバケーブル１３０側とを接続する光コネクタ、及び光ファイバケーブル１３０から副干渉計１１４に戻る光路を形成するために、コントローラ１１０側と光ファイバケーブル１３０側とを接続する光コネクタを備えるとよい。これにより、副干渉計１１４において、図１２に示されたサーキュレータ１１４ｃや図１３に示された第３光カプラ１１４ｄを配置する必要がなく、簡易な構成とすることができ、コストの軽減にも繋がる。
【0154】
なお、ここでは、第２光ファイバ１３２に折り返し部１３４が形成される構成としたが、主干渉計１１２を経由する第１光路長と副干渉計１１４を経由する第２光路長とが略同一となるように設定されるように、第２光ファイバ１３２を形成して配置すれば、これに限定されるものではない。例えば、第２光ファイバ１３２を渦巻き状にしたり、蛇腹状にしたり、光ファイバケーブル１３０内を周回させるように配置したりしてもよい。
【0155】
さらに、光ファイバケーブル１３０の他の実施形態として、副干渉計１１４と接続される第２光ファイバを複数備えてもよい。
【0156】
図１６は、副干渉計１１４と接続される第２光ファイバを複数備えた光ファイバケーブル１３０を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０４の構成概要図である。図１６に示されるように、主干渉計１１２は、光カプラ１１２ａを備え、副干渉計１１４は、第１光カプラ１１４ａと、第２光カプラ１１４ｂと、第３光カプラ１１４ｄとを備える。さらに、光ファイバケーブル１３０は、主干渉計１１２と接続される第１光ファイバ１３１、副干渉計１１４と接続される第２光ファイバ１３２ａ及び１３２ｂを備え、当該第２光ファイバ１３２ａ及び１３２ｂそれぞれの端部には、反射部１３３ａ及び１３３ｂが形成されている。
【0157】
図１６に示された光干渉測距センサ１０４は、副干渉計１１４における第３光カプラ１１４ｄの２つのポートは、それぞれ光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２ａ及び１３２ｂに接続されている。
【0158】
副干渉計１１４では、波長掃引光源１１１から投光された光が供給され、第１光カプラ１１４ａによって異なる光路長の光路を辿る２つの光に分岐され、その後、第２光カプラ１１４ｂによって合成されて、その光路長差に基づく第２干渉信号が生成される。
【0159】
当該第２干渉信号は、第３光カプラ１１４ｄで分岐されて、それぞれ光ファイバケーブル１３０の第２光ファイバ１３２ａ及び１３２ｂを伝搬し、反射部１３３ａ及び１３３ｂで反射される。反射部１３３ａ及び１３３ｂで反射された第２干渉信号は、再び、それぞれ第２光ファイバ１３２ａ及び１３２ｂを伝搬し、第３光カプラ１１４ｄを介して第２フォトディテクタ１１５に導かれる。
【0160】
ここで、第２光ファイバ１３２ａ又は１３２ｂのうちいずれかの光路を伝搬した第２干渉信号を選択し、主干渉計１１２によって生成されて第１フォトディテクタ１１３で受光された第１干渉信号を適切にリニアライズ補正すればよい。
【0161】
このように、副干渉計１１４と接続される第２光ファイバを複数備えていれば、例えば、主干渉計１１２を経由する第１光路長に変更がある場合でも、副干渉計１１４を経由する第２光路長を適切に選択して対応することができる。
【0162】
なお、上述した光干渉測距センサ１００～１０４は、シングルチャネルとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、波長掃引光源１１１から投光された光を、主干渉計１１２において複数の光カプラ等を用いて分岐させて、多段式の光干渉測距センサとして構成してもよい。本発明は、多段式の光干渉測距センサに適用することも可能である。
【0163】
図１７は、多段式の光路が設けられた主干渉計１１２を用いた場合における、主干渉計１１２及び副干渉計１１４の具体的な構成を模式的に示す光干渉測距センサ１０５の構成概要図である。図１７に示されるように、主干渉計１１２は、第１段目の光カプラ１１２ａ～第３段目の光カプラ１１２ｃを備えることによって３つの光路を構成するとともに、第１段目のフォトディテクタ１１３ａ～第３段目のフォトディテクタ１１３ｃを備えている。さらに、主干渉計１１２は、当該３つの光路について、それぞれ光ファイバケーブル１３０に接続するために第１段目の光コネクタＣ１１ａ～第３段目の光コネクタＣ１１ｃを備えている。
【0164】
副干渉計１１４は、図１２に示された光干渉測距センサ１０１の構成と同様であってもよく、光ファイバケーブル１３０に接続するための第２光コネクタＣ１２を備えている。
【0165】
光ファイバケーブル１３０は、３つの第１光ファイバ１３１ａ～１３１ｃ、及び１つの第２光ファイバ１３２を備え、さらに、それぞれコントローラ１１０に接続するために３つの第１光コネクタＣ３１ａ～Ｃ３１ｃ、及び１つの第２光コネクタＣ３２を備えている。
【0166】
なお、コントローラ１１０側の３つの第１光コネクタＣ１１ａ～Ｃ１１ｃと、光ファイバケーブル１３０側の３つの第１光コネクタＣ３１ａ～Ｃ３１ｃとがそれぞれ接続され、コントローラ１１０側の第２光コネクタＣ１２と、光ファイバケーブル１３０側の第２光コネクタＣ３２とが接続される。
【0167】
主干渉計１１２における３つの光路それぞれにおいて生成された第１干渉信号は、第１段目のフォトディテクタ１１３ａ～第３段目のフォトディテクタ１１３ｃで受光され、処理部１１６は、副干渉計１１４によって生成される第２干渉信号に基づいて当該第１干渉信号を補正しつつ、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。
【0168】
なお、本実施形態では、主干渉計１１２によって生成された第１干渉信号を、副干渉計１１４によって生成された第２干渉信号に基づくＫクロック（補正信号生成部）を用いてリニアライズ補正する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、主干渉計１１２によって生成された第１干渉信号から、副干渉計１１４によって生成された第２干渉信号のゼロクロス点に対応するのデータを抽出したり、第２干渉信号の連続位相の等分割点の対応するデータを抽出したりする等、ソフトウェア処理を用いて、第１干渉信号をリニアライズ補正してもよい。
【0169】
［干渉計の変形例］
上述した実施形態では、光干渉測距センサ１００～１０５は、主干渉計１１２（光ファイバケーブル１３０及びセンサヘッド１２０を含む）において光ファイバの先端を参照面とすることで参照光を発生させるフィゾー型干渉計を用いていたが、干渉計は、これに限定されるものではない。
上述した実施形態では、光干渉測距センサ１００～１０５は、主干渉計１１２（光ファイバケーブル１３０及びセンサヘッド１２０を含む）において光ファイバの先端を参照面とすることで参照光を発生させるフィゾー型干渉計を用いていたが、干渉計は、これに限定されるものではない。
【0170】
図１８は、測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。図１８（ａ）では、主干渉計１１２を経由する光路において、光ファイバの先端（端面）を参照面とする参照光と、センサヘッドから照射され計測対象物Ｔで反射される測定光との光路長差に基づいて干渉光が生成される。上述した実施形態に係る光干渉測距センサ１００～１０５の主干渉計１１２の構成であり（フィゾー型干渉計）、当該参照面は、光ファイバと空気との屈折率の違いによって光が反射するように構成されていてもよい（フレネル反射）。また、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、レンズ面等の反射面を配置してもよい。
【0171】
図１８（ｂ）では、主干渉計１１２を経由する光路において、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍと、参照光を導く参照光路Ｌｒとを形成し、参照光路Ｌｒの先には参照面が配置されている（マイケルソン型干渉計）。参照面は、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、ミラー等を配置してもよい。当該構成では、測定光路Ｌｍの光路長と参照光路Ｌｒの光路長とで光路長差を設けることによって干渉光が生成される。
【0172】
図１８（ｃ）では、主干渉計１１２を経由する光路において、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍと、参照光を導く参照光路Ｌｒとを形成し、参照光路Ｌｒには、バランスディテクタが配置されている（マッハツェンダ型干渉計）。当該構成では、測定光路Ｌｍと参照光路Ｌｒの光路長とで光路長差を設けることによって、干渉光が生成される。
【0173】
このように、主干渉計は、実施形態で説明したフィゾー型干渉計に限定されるものではなく、例えば、マイケルソン型干渉計やマッハツェンダ型干渉計であってもよいし、測定光と参照光との光路長差を設定することによって干渉光を発生させることができれば、どのような干渉計を適用してもよいし、これらの組み合わせ等やその他の構成を適用してもよい。
【0174】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【0175】
［附記］
波長掃引光源（１１１）を用いて計測対象物を計測するための第１干渉信号を生成する主干渉計（１１２）と、前記第１干渉信号の非線形性を補正するための第２干渉信号を生成する副干渉計（１１４）とを有する光干渉測距センサ（１００）に用いられる光ファイバケーブル（１３０）であって、
前記主干渉計（１１２）に接続されることで当該主干渉計（１１２）から入力された光をセンサヘッド（１２０）に導くとともに、当該センサヘッド（１２０）からの光を当該主干渉計（１１２）に出力する第１光ファイバ（１３１）と、
前記副干渉計（１１４）に接続されることで当該副干渉計（１１４）から入力された光を伝搬させて当該副干渉計（１１４）に出力する第２光ファイバ（１３２）と、を備え、
前記第１光ファイバ（１３１）の光路長及び前記第２光ファイバ（１３２）の光路長は、前記波長掃引光源（１１１）から投光されてから前記主干渉計（１１２）における受光部（１１３）で受光されるまでの第１光路長と、前記波長掃引光源（１１１）から投光されてから前記副干渉計（１１４）における受光部（１１５）で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光ファイバケーブル（１３０）。
波長掃引光源（１１１）を用いて計測対象物を計測するための第１干渉信号を生成する主干渉計（１１２）と、前記第１干渉信号の非線形性を補正するための第２干渉信号を生成する副干渉計（１１４）とを有する光干渉測距センサ（１００）に用いられる光ファイバケーブル（１３０）であって、
前記主干渉計（１１２）に接続されることで当該主干渉計（１１２）から入力された光をセンサヘッド（１２０）に導くとともに、当該センサヘッド（１２０）からの光を当該主干渉計（１１２）に出力する第１光ファイバ（１３１）と、
前記副干渉計（１１４）に接続されることで当該副干渉計（１１４）から入力された光を伝搬させて当該副干渉計（１１４）に出力する第２光ファイバ（１３２）と、を備え、
前記第１光ファイバ（１３１）の光路長及び前記第２光ファイバ（１３２）の光路長は、前記波長掃引光源（１１１）から投光されてから前記主干渉計（１１２）における受光部（１１３）で受光されるまでの第１光路長と、前記波長掃引光源（１１１）から投光されてから前記副干渉計（１１４）における受光部（１１５）で受光されるまでの第２光路長とが略同一となるように設定される、
光ファイバケーブル（１３０）。
【符号の説明】
【0176】
１…センサシステム、１０…変位センサ、１１…制御機器、１２…制御信号入力用センサ、１３…外部接続機器、２０…センサヘッド、２１…対物レンズ、２２ａ～２２ｃ…コリメートレンズ、２３…レンズホルダ、２４…光ファイバアレイ、３０…コントローラ、３１…表示部、３２…設定部、３３…外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、３４…光ファイバ接続部、３５…外部記憶部、３６…計測処理部、４０…光ファイバ、５１…波長掃引光源、５２…光増幅器、５３，５３ａ～５３ｂ…アイソレータ、５４，５４ａ～５４ｅ…光カプラ、５５…減衰器、５６ａ～５６ｃ…受光素子、５８…ＡＤ変換部、５９…処理部、６０…バランスディテクタ、６１…補正信号生成部、７１ａ～７１ｅ…受光素子、７２ａ～７２ｃ…増幅回路、７４ａ～７４ｃ…ＡＤ変換部、７５…処理部、７６…差動増幅回路、７７…補正信号生成部、１００～１０５…光干渉測距センサ、１１０…コントローラ、１１１…波長掃引光源、１１２…主干渉計、１１２ａ～１１２ｃ…光カプラ、１１３，１１３ａ～１１３ｃ…第１フォトディテクタ（受光部）、１１４…副干渉計、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｄ…光カプラ、１１４ｃ…サーキュレータ、１１５…第２フォトディテクタ（受光部）、１１６…処理部、１２０，１２０ａ～１２０ｃ…センサヘッド、１３０…光ファイバケーブル、１３１，１３１ａ～１３１ｃ…第１光ファイバ、１３２，１３２ａ，１３２ｂ…第２光ファイバ、１３３，１３３ａ，１３３ｂ…反射部、１３４…折り返し部、Ｃ１１，Ｃ１１ａ～Ｃ１１ｃ…第１光コネクタ、Ｃ１２…第２光コネクタ、Ｃ３１，Ｃ３１ａ～Ｃ３１ｃ…第１光コネクタ、Ｃ３２…第２光コネクタ、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ…計測対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】