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(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】P2024048669
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】コントローラ及び光干渉測距センサ
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240402BHJP
G01B 9/02004 20220101ALI20240402BHJP
G01B 9/02055 20220101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 G
G01B9/02004
G01B9/02055
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022154714
(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】木村 和哉
(72)【発明者】
【氏名】長崎 裕介
【テーマコード（参考）】
2F064
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F064AA01
2F064CC01
2F064DD08
2F064FF01
2F064FF08
2F064GG02
2F065AA06
2F065DD04
2F065FF52
2F065GG04
2F065GG25
2F065LL02
2F065QQ16
2F065QQ28
2F065SS13
(57)【要約】
【課題】サンプリングのタイミングのずれを低減する。
【解決手段】計測対象物に光を照射する第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２のそれぞれに、光ファイバケーブル１３０を介して接続されるコントローラ１１０であって、光源１４０と、第１主干渉信号を生成する第１主干渉計１５１と、第２主干渉信号を生成する第２主干渉計１５２と、副干渉信号を生成する副干渉計１６０と、を備え、コントローラ１１０は、第１補正信号を生成する第１補正信号生成部１７１と、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部１７２と、をさらに備える。
【選択図】図１０
【解決手段】計測対象物に光を照射する第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２のそれぞれに、光ファイバケーブル１３０を介して接続されるコントローラ１１０であって、光源１４０と、第１主干渉信号を生成する第１主干渉計１５１と、第２主干渉信号を生成する第２主干渉計１５２と、副干渉信号を生成する副干渉計１６０と、を備え、コントローラ１１０は、第１補正信号を生成する第１補正信号生成部１７１と、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部１７２と、をさらに備える。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測対象物に光を照射する第１センサヘッド及び第２センサヘッドのそれぞれに、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、前記第１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第１測定光と、前記第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、前記第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
前記コントローラは、
前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
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、前記第１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第１測定光と、前記第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、前記第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
前記コントローラは、
前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
コントローラ。
【請求項2】
前記遅延量生成部は、前記副干渉信号を伝搬し、前記光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含む、
請求項１に記載のコントローラ。
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項3】
前記遅延量生成部は、前記副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記遅延量に応じた遅延を発生させて前記第２補正信号生成部に出力する遅延線を含む、
請求項１に記載のコントローラ。
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項4】
前記第２補正信号生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、前記第２補正信号であるパルス信号を生成する、
請求項１に記載のコントローラ。
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項5】
前記第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、前記第２補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備える、
請求項１に記載のコントローラ。
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項6】
前記遅延量は、前記光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、前記ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定される、
請求項５に記載のコントローラ。
請求項５に記載のコントローラ。
【請求項7】
前記第１主干渉信号及び前記第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと前記副干渉信号とに基づいて、前記計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備える、
請求項１に記載のコントローラ。
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項8】
コントローラと、該コントローラに接続される光ファイバケーブルとを含む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、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、前記第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
前記コントローラは、
前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
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、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、前記第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
前記コントローラは、
前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
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、コントローラ及び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】
従来、この種の光周波数領域反射測定装置として、掃引光源と、掃引光源の出力光の一部に所定の遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号として出力する補助干渉計と、掃引光源の出力光の一部を被測定光ファイバに入力すると共に被測定光ファイバからの反射光と掃引光源の出力光の一部を干渉させ測定干渉信号として出力する測定干渉計と、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源の波長掃引の非線形を補正する線形化部と、線形化部の出力信号をフーリエ変換して周波数領域の信号を出力するフーリエ変換部と、を有する光周波数領域反射測定装置において、線形化部は各々異なる遅延時間を持つ複数の線形化部を有し、フーリエ変換部は複数の線形化部の出力信号に対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算・フーリエ変換部を有するものが知られている（特許文献１参照）。この光周波数領域反射測定装置では、被測定光ファイバの広い範囲にわたり波長掃引の非線形を補正する。
【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】
一方、コントローラと複数のセンサヘッドとを備える光干渉測距センサにおいて、複数のセンサヘッドの間で、コントローラとセンサヘッドとを接続する光ファイバの長さを変えることで、異なる距離にある計測対象物に対応することが求められている。
【0006】
しかしながら、主干渉計における各光ファイバの長さが異なる場合、主干渉計の信号と副干渉計の信号との間でサンプリングのタイミングにずれが生じ、両者の信号の干渉によって生成される信号は、信号強度（信号レベル）の低下を招くことがあった。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、サンプリングのタイミングのずれを低減することのできるコントローラ及び光干渉測距センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示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第１センサヘッド及び第２センサヘッドのそれぞれに、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、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、光源から投光された光が供給され、第２センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、光ファイバケーブルは、第１主干渉計に接続され、第１主干渉計からの光を第１センサヘッドに伝搬し、第１センサヘッドからの光を第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、第２主干渉計に接続され、第２主干渉計からの光を第２センサヘッドに伝搬し、第２センサヘッドからの光を第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、第２光ファイバは、第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、コントローラは、副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える。
【0009】
この態様によれば、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量が生成され、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号が生成される。これにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
【0010】
上記態様において、遅延量生成部は、副干渉信号を伝搬し、光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含んでいてもよい。
【0011】
この態様によれば、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含む。これにより、第３光ファイバの光路長を変更することで、遅延量を容易に設定することができる。
【0012】
上記態様において、遅延量生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部に出力する遅延線を含んでいてもよい。
【0013】
この態様によれば、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部に出力する遅延線を含む。これにより、電気的に遅延を発生させた副干渉計信号を出力することで、第２補正信号生成部は、電気信号である第２補正信号を容易に生成することができる。
【0014】
上記態様において、第２補正信号生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２補正信号であるパルス信号を生成してもよい。
【0015】
この態様によれば、第２補正信号生成部が、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２補正信号であるパルス信号を生成する。これにより、第２主干渉信号のサンプリングのタイミングを容易に合わせる（同期をとる）ことができる。
【0016】
上記態様において、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備えていてもよい。
【0017】
この態様によれば、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備える。これにより、第２主干渉計信号をサンプリング周期が補正されたデジタル信号に変換する構成を容易に実現することができる。
【0018】
上記態様において、遅延量は、光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定されていてもよい。
【0019】
この態様によれば、遅延量は、光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定される。これにより、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を所定割合以下、例えば１０％以下に抑制することができる。
【0020】
上記態様において、第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備えていてもよい。
【0021】
この態様によれば、第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備える。これにより、計測対象物までの距離を計測する構成を容易に実現することができる。
【0022】
本開示の一態様に係る光干渉測距センサは、コントローラと、該コントローラに接続される光ファイバケーブルとを含む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、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、光源から投光された光が供給され、第２センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、を備え、光ファイバケーブルは、第１主干渉計に接続され、第１主干渉計からの光を第１センサヘッドに伝搬し、第１センサヘッドからの光を第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、第２主干渉計に接続され、第２主干渉計からの光を第２センサヘッドに伝搬し、第２センサヘッドからの光を第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、第２光ファイバは、第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、コントローラは、副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える。
【0023】
この態様によれば、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量が生成され、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号が生成される。これにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、サンプリングのタイミングのずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【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】本発明の一実施形態に係る他の光干渉測距センサ１０１の構成概要を示す模式図である。
【図12】第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミングを説明するための図である。
【図13】デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差Δｔとの関係を説明するための図である。
【図14】３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の一例を示す模式図である。
【図15】３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の他の例を示す模式図である。
【図16】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】
【0026】
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。
【0027】
［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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
［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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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）。
【0102】
［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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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）。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
【0116】
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】
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
＜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、コントローラ１１０と第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０と、を含んで構成されている。光干渉測距センサ１００は、さらに、第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２を含んで構成されていてもよい。
［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、コントローラ１１０と第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０と、を含んで構成されている。光干渉測距センサ１００は、さらに、第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２を含んで構成されていてもよい。
【0123】
コントローラ１１０は、波長掃引光源１４０と、光分岐部１１１と、主干渉計１５０と副干渉計１６０と、第１フォトダイオード（ＰＤ）１１２，１１３と、増幅回路１１４，１１５と、第２フォトダイオード（ＰＤ）１１６，１１７と、第１補正信号生成部１７１と、第２補正信号生成部１７２と、ＡＤ変換部１８１，１８２と、処理部１１８と、を備える。
【0124】
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る。光ファイバケーブル１３０は、コントローラ１１０並びに第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２のそれぞれに、着脱自在、つまり、取り付け及び取り外しが可能に構成されている。光ファイバケーブル１３０は、例えば、第１光ファイバ１３１と第２光ファイバ１３２とを含んで構成される。第１光ファイバ１３１は、長さＬ１に比例する光路長を有し、第２光ファイバ１３２は、長さＬ２に比例する光路長を有する。第１光ファイバ１３１の長さＬ１は、計測対象物Ｔ１までの距離に基づいて設定されており、第２光ファイバ１３２の長さＬ２は、計測対象物Ｔ２までの距離に基づいて設定されている。計測対象物Ｔ２は、計測対象物Ｔ１とは異なる距離、図１に示す例では遠い距離、に存在する対象物を想定している。そのため、第２光ファイバ１３２の光路長は、第１光ファイバ１３１の光路長と異なり、第１光ファイバ１３１の光路長よりも長くなっている。
【0125】
波長掃引光源１４０は、波長を連続的に変化させながら光を投光する。すなわち、波長掃引光源１４０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１４０から投光された光は、例えば光カプラ等で構成される光分岐部１１１を介して、主干渉計１５０と副干渉計１６０とに供給される。波長掃引光源１４０では、入力する電流の大きさを変化させることで波長を連続的に制御する。入力電流波形には主に三角波やのこぎり波が用いられる。
【0126】
主干渉計１５０は、複数の光路（複数チャネル）を有しており、図１０に示す例では、第１主干渉計１５１と第２主干渉計とを含んで構成される。
【0127】
第１主干渉計１５１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１４０から投光された光を、第１光ファイバ１３１を介して第１センサヘッド１２１に供給し、さらに、第１センサヘッド１２１からの戻り光を第１フォトダイオード１１２に導く。
【0128】
具体的には、第１主干渉計１５１から第１センサヘッド１２１に導かれた光は、第１測定光として、例えば、第１センサヘッド１２１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での反射光が第１センサヘッド１２１に戻る。
【0129】
また、第１主干渉計１５１から第１センサヘッド１２１に導かれた光の一部は、第１参照光として、例えば、第１光ファイバ１３１の先端等に設けられた参照面で反射される。そして、上述した第１測定光と当該第１参照光とが干渉することにより、第１測定光及び第１参照光の光路長差に応じた干渉光（「第１主干渉信号」ともいう）が生成される。
【0130】
このように、第１主干渉計１５１は、波長掃引光源１４０から投光された光が供給され、第１センサヘッド１２１により計測対象物Ｔに照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源から投光された光が供給され、第１主干渉信号を生成するということから、第１主干渉計１５１に第１センサヘッド１２１を含めて第１主干渉計と言うこともできる。
【0131】
第２主干渉計１５２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、波長掃引光源１４０から投光された光を、第２光ファイバ１３２を介して第２センサヘッド１２２に供給し、さらに、第２センサヘッド１２２からの戻り光を第１フォトダイオード１１３に導く。
【0132】
具体的には、第２主干渉計１５２から第２センサヘッド１２２に導かれた光は、第２測定光として、例えば、第２センサヘッド１２２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での反射光が第２センサヘッド１２２に戻る。
【0133】
また、第２主干渉計１５２から第２センサヘッド１２２に導かれた光の一部は、第２参照光として、例えば、第２光ファイバ１３２の先端等に設けられた参照面で反射される。そして、上述した第２測定光と当該第２参照光とが干渉することにより、第２測定光及び第２参照光の光路長差に応じた干渉光（「第２主干渉信号」ともいう）が生成される。
【0134】
このように、第２主干渉計１５２は、波長掃引光源１４０から投光された光が供給され、第２センサヘッド１２２により計測対象物Ｔに照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源から投光された光が供給され、第２主干渉信号を生成するということから、第２主干渉計１５２に第２センサヘッド１２２を含めて第２主干渉計と言うこともできる。
【0135】
第１フォトダイオード１１２は、第１主干渉計１５１によって生成された第１主干渉信号を受光して電気信号に変換する。第１フォトダイオード１１２によって変換された電気信号は、例えば電流信号である。第１フォトダイオード１１３は、第２主干渉計１５２によって生成された第２主干渉信号を受光して電気信号に変換する。第１フォトダイオード１１３によって変換された電気信号は、同様に、例えば電流信号である。
【0136】
増幅回路１１４は、第１フォトダイオード１１２から入力された電気信号を、所定の利得（「ゲイン」ともいう）で増幅する。第１フォトダイオード１１２から電流信号が入力される場合、増幅回路１１４は、当該電流信号を電圧信号に変換（「Ｉ－Ｖ変換」ともいう）して増幅する。増幅された電気信号は、ＡＤ変換部１８１に出力される。増幅回路１１５は、第１フォトダイオード１１３から入力された電気信号を、所定の利得で増幅する。第１フォトダイオード１１３から電流信号が入力される場合、増幅回路１１５は、当該電流信号を電圧信号に変換して増幅する。増幅された電気信号は、ＡＤ変換部１８２に出力される。
【0137】
副干渉計１６０は、波長掃引光源１４０から投光された光が光分岐部１１１によって分岐されて供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて副干渉信号を生成する。具体的には、第１光カプラ１６１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１６２によって合成して干渉させることで、その光路長差に基づく副干渉信号が生成される。当該副干渉信号は、光ファイバ１６３を伝搬して第２フォトダイオード１１６に導かれるとともに、光ファイバ１６４を伝搬して第２フォトダイオード１１７に導かれる。
【0138】
光ファイバ１６３は、長さＬ１ｒに比例する光路長を有し、光ファイバ１６４は、長さＬ２ｒに比例する光路長を有する。本実施形態の光ファイバ１６４は、本発明における「遅延量生成部」の一例に相当する。また、本実施形態の光ファイバ１６４は、本発明における「第３光ファイバ」の一例にも相当する。
【0139】
すなわち、光ファイバ１６４は、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成するように構成されている。
【0140】
具体的には、光ファイバ１６４は、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく光路長を有している。よって、光ファイバ１６４を介して第２フォトディテクタ１１７に導かれた副干渉信号は、光ファイバ１６４によって遅延させた副干渉計信号（以下、「遅延副干渉信号」ともいう）である。このように、光ファイバ１６４は、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく光路長を有することにより、光ファイバ１６４の光路長を変更することで、遅延量を容易に設定することができる。
【0141】
第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「副干渉計信号」ともいう）に変換する。第２フォトダイオード１１６によって変換された電気信号は、例えば電流信号である。第２フォトダイオード１１７は、副干渉計１６０の光ファイバ１６４を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「遅延副干渉計信号」ともいう）に変換する。第２フォトダイオード１１６によって変換された電気信号は、同様に、例えば電流信号である。
【0142】
なお、第２フォトダイオード１１６，１１７から出力される電気信号は、それぞれ、図示を省略した増幅回路によって、所定のゲインで増幅してもよい。
この場合、増幅回路は、増幅した電気信号を、第１補正信号生成部１７１と第２補正信号生成部１７２とに出力する。
この場合、増幅回路は、増幅した電気信号を、第１補正信号生成部１７１と第２補正信号生成部１７２とに出力する。
【0143】
第１補正信号生成部１７１は、副干渉信号に基づいて、第１補正信号（「第１Ｋクロック信号」、又は単に「第１Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第１補正信号は、第１主干渉計１５１が生成する第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。副干渉信号は、掃引時における波長の非線形性から、第１主干渉信号と同様に非線形であるため、第１補正信号生成部１７１は、当該副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することで、第１主干渉信号のアナログ信号を適切にサンプリングしてＡＤ変換するための第１補正信号、つまり、第１Ｋクロック信号を生成することができる。
【0144】
なお、第１補正信号生成部１７１において適切な第１補正信号を生成するためには、第１フォトダイオード１１２で受光する第１主干渉信号の非線形性を、第１補正信号生成部１７１で適切に把握される必要がある。このためには、第１主干渉信号と副干渉信号との特性（非線形性）を整合させておく、言い換えれば、第１主干渉信号と副干渉信号とを時間的に合わせておくことが好ましい。
【0145】
第２補正信号生成部１７２は、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２補正信号（「第２Ｋクロック信号」、又は単に「第２Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第２補正信号は、第２主干渉計１５２が生成する第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。副干渉信号は、掃引時における波長の非線形性から、第２主干渉信号と同様に非線形であるため、第２補正信号生成部１７２は、当該副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することで、第２主干渉信号のアナログ信号を適切にサンプリングしてＡＤ変換するための第２補正信号、つまり、第２Ｋクロック信号を生成することができる。
【0146】
このように、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成し、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成することにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
【0147】
より詳細には、第２補正信号生成部１７２は、遅延副干渉計信号に基づいて、第２補正信号を生成するように構成されている。すなわち、第２補正信号は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延を発生させた信号に基づいて、生成される。当該遅延は、上述した遅延量に応じた時間である。
【0148】
なお、第２補正信号生成部１７２において適切な第２補正信号を生成するためには、第１フォトダイオード１１３で受光する第２主干渉信号の非線形性を、第２補正信号生成部１７２で適切に把握される必要がある。このためには、第２主干渉信号と遅延させた副干渉信号との特性（非線形性）を整合させておく、言い換えれば、第１主干渉信号と副干渉信号とを時間的に合わせておくことが好ましい。
【0149】
また、第２補正信号生成部１７２は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に上述した遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２補正信号であるパルス信号を生成してもよい。これにより、第２主干渉信号のサンプリングのタイミングを容易に合わせる（同期をとる）ことができる。
【0150】
第２補正信号生成部１７２と同様に、第１補正信号生成部１７１が生成する第１補正信号は、パルス信号であってもよい。
【0151】
ＡＤ変換部１８１は、第１主干渉信号を電気信号に変換させた第１主干渉計信号を、第１補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するように構成されている。ＡＤ変換部１８１に入力される第１主干渉信号は、アナログ信号の波の間隔が等間隔ではない。ＡＤ変換部１８１は、当該第１主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、上述した第１補正信号、つまり、第１Ｋクロック信号に基づいて補正したサンプリング周期（サンプリング間隔）で、第１主干渉信号のアナログ信号をサンプリングしてＡＤ変換する。
【0152】
ＡＤ変換部１８２は、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第１補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するように構成されている。ＡＤ変換部１８２に入力される第２主干渉信号は、アナログ信号の波の間隔が等間隔ではない。ＡＤ変換部１８２は、当該第２主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、上述した第２補正信号、つまり、第２Ｋクロック信号に基づいて補正したサンプリング周期（サンプリング間隔）で、第２主干渉信号のアナログ信号をサンプリングしてＡＤ変換する。
【0153】
このように、ＡＤ変換部１８２が第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換することにより、第２主干渉計信号をサンプリング周期が補正されたデジタル信号に変換する構成を容易に実現することができる。
【0154】
処理部１１８は、第１主干渉計１５１によって生成された第１主干渉信号及び第２主干渉計１５２によって生成された第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと、副干渉計１６０によって生成された副干渉信号とに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出するように構成されている。
【0155】
より詳細には、処理部１１８は、第１フォトダイオード１１２で受光され、増幅回路１１４で増幅された第１主干渉信号と、第１フォトダイオード１１３で受光され、増幅回路１１５で増幅された第２主干渉信号と、第２フォトダイオード１１６，１１７で受光された副干渉信号とに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出するように構成されている。
【0156】
具体的には、ＡＤ変換部１８１において、第１主干渉信号に基づく非線形なアナログ信号が、副干渉信号に基づく第１補正信号によって補正されたサンプリング周期でデジタル信号に変換されるので、処理部１１８は、当該デジタル信号を、ＦＦＴ等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。
【0157】
また、ＡＤ変換部１８２において、第２主干渉信号に基づく非線形なアナログ信号が、副干渉信号と遅延量とに基づく第２補正信号によって補正されたサンプリング周期でデジタル信号に変換されるので、処理部１１８は、当該デジタル信号を、ＦＦＴ等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。
【0158】
このように、処理部１１８が、第１主干渉計１５１によって生成された第１主干渉信号及び第２主干渉計１５２によって生成された第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと、副干渉計１６０によって生成された副干渉信号とに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出することにより、計測対象物Ｔまでの距離を計測する構成を容易に実現することができる。
【0159】
図１１は、本発明の一実施形態に係る他の光干渉測距センサ１０１の構成概要を示す模式図である。なお、図１１は、図１０に示す光干渉測距センサ１００と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図１０に示す光干渉測距センサ１００と同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
【0160】
図１１に示すように、光干渉測距センサ１０１は、コントローラ１１０と、第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２と、を備え、コントローラ１１０と第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０をさらに備える。図１１に示す光干渉測距センサ１０１のコントローラ１１０は、図１０に示す光干渉測距センサ１００のコントローラ１１０と比較して、光ファイバ１６４を備えていない代わりに、遅延線１９１を備える点で相違する。
【0161】
コントローラ１１０の副干渉計１６０は、波長掃引光源１４０から投光された光が光分岐部１１１によって分岐されて供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて副干渉信号を生成する。具体的には、第１光カプラ１６１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１６２によって合成して干渉させることで、その光路長差に基づく副干渉信号が生成される。当該副干渉信号は、光ファイバ１６３を伝搬して第２フォトダイオード１１６に導かれる。一方、第２光カプラ１６２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。
【0162】
第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した第２干渉信号を受光して電気信号である副干渉計信号に変換する。第２フォトダイオード１１６によって変換された電気信号は、例えば電流信号である。なお、第２フォトダイオード１１６から出力される電気信号は、図示を省略した増幅回路によって、所定のゲインで増幅してもよい。この場合、増幅回路は、増幅した電気信号を、第１補正信号生成部１７１と遅延線１９１とに出力する。
【0163】
遅延線１９１は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力するように構成されている。遅延線１９１の遅延量は、光ファイバ１６４の遅延量と同様に、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づいて、設定される。本実施形態の遅延線１９１は、本発明における「遅延量生成部」の一例に相当する。遅延線１９１は、遅延を発生させた信号、つまり、遅延副干渉計信号」を第２補正信号生成部１７２に出力する。
【0164】
遅延線１９１は、電気信号の伝搬を遅らせる電子部品、例えばディレイラインを含んで構成される。なお、遅延線１９１の電子部品は、副干渉信号に遅延を発生させるものであれば、その構造、種類、数等は問わない。
【0165】
このように、遅延線１９１、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力することにより、電気的に遅延を発生させた副干渉計信号を出力することで、第２補正信号生成部１７２は、電気信号である第２補正信号を容易に生成することができる。
【0166】
［第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミング］
図１２は、第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミングを説明するための図である。図１２において、第１主干渉計１５１の第１干渉信号に基づく第１主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を上段に示し、第２主干渉計１５２の第２干渉信号に基づく第２主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を下段に示す。なお、以下の例では、明示する場合を除き、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
図１２は、第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミングを説明するための図である。図１２において、第１主干渉計１５１の第１干渉信号に基づく第１主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を上段に示し、第２主干渉計１５２の第２干渉信号に基づく第２主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を下段に示す。なお、以下の例では、明示する場合を除き、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
【0167】
図１２の上段に示すように、第１主干渉計信号は、時刻ｔ１において、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号に基づいて生成された第１補正信号によるサンプリングが開始される。そして、第１主干渉計信号は、第１補正信号によって補正された周期でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
【0168】
一方、図１２の下段に示すように、第２主干渉計信号は、時刻ｔ１の時点では発生しておらず、時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）において発生している。この時刻のズレ（以下、「遅延時間ｔ１２」ともいう）は、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差によって生じた光の遅延時間である。
【0169】
第２主干渉計信号におけるこの遅延時間ｔ１２に対応するために、図１０に示す光干渉測距センサ１００の光ファイバ１６４は、遅延量ｔｄｅｌａｙを生成する。遅延量ｔｄｅｌａｙは、光ファイバ１６３の長さＬ１ｒ及び光ファイバ１６４の長さＬ２ｒと、光の速さｃとを用いて以下の式（１）で表される。
ｔｄｅｌａｙ＝｜Ｌ２ｒ－Ｌ１ｒ｜／ｃ …（１）
ｔｄｅｌａｙ＝｜Ｌ２ｒ－Ｌ１ｒ｜／ｃ …（１）
【0170】
そのため、第２主干渉計信号は、時刻ｔ２において、この遅延量ｔｄｅｌａｙと、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号とに基づいて生成された第２補正信号によるサンプリングが開始される。そして、第２主干渉計信号は、第２補正信号によって補正された周期でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
【0171】
光ファイバ１６４が生成する遅延量ｔｄｅｌａｙは、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差による光の遅延時間ｔ１２との差の絶対値が、ＡＤ変換部１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎよりも小さくなるように設定されることが好ましい。
【0172】
言い換えれば、光の遅延時間ｔ１２と遅延量ｔｄｅｌａｙとの時間差Δｔが以下の式（２）を満たすように、遅延量ｔｄｅｌａｙを設定する。
Δｔ＝｜ｔ１２－ｔｄｅｌａｙ｜＜Ｔｓｍｉｎ …（２）
Δｔ＝｜ｔ１２－ｔｄｅｌａｙ｜＜Ｔｓｍｉｎ …（２）
【0173】
［デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差との関係］
図１３は、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差Δｔとの関係を説明するための図である。図１２において、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度は、時間差Δｔがゼロである場合の信号強度を基準値「１」として正規化されたものである。また、図１２に示す例は、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
図１３は、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差Δｔとの関係を説明するための図である。図１２において、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度は、時間差Δｔがゼロである場合の信号強度を基準値「１」として正規化されたものである。また、図１２に示す例は、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
【0174】
図１０に示す光干渉測距センサ１００において、第１センサヘッド１２１から計測対象物Ｔ１までの距離が１［ｍ］、第１光ファイバ１３１の長さＬ１が２［ｍ］、第２センサヘッド１２２から計測対象物Ｔ２までの距離が１［ｍ］、第２光ファイバ１３２の長さＬ２が１０［ｍ］、第１光ファイバ１３１及び第２光ファイバ１３２の屈折率が１．５、光の速さｃが３×１０８［ｍ／ｓ］である場合、遅延時間ｔ１２は８×１０－８［ｓ］と算出される。ここで、光干渉測距センサ１００が、１００［ＭＨｚ］の最大サンプリング時間を有するＡＤ変換部１８１，１８２を備える場合、ＡＤ変換部１８１，１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎは、１×１０－８［ｓ］となる。これらの値を上述した式（２）に代入し、遅延量ｔｄｅｌａｙを７×１０－８［ｓ］以上、９×１０－８［ｓ］以下に設定する。
【0175】
図１３に示すように、遅延量ｔｄｅｌａｙを７×１０－８［ｓ］以上、９×１０－８［ｓ］以下に設定すると、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度は、１０［％］以下の低下に抑制することができる。例えば、副干渉計１６０の光ファイバ１６３の長さＬ１ｒが１［ｍ］であるときに、副干渉計１６０の光ファイバ１６４の長さＬ２ｒが１４［ｍ］に設定する。
【0176】
このように、遅延量ｔｄｅｌａｙは、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差による光の遅延時間ｔ１２との差の絶対値が、ＡＤ変換部１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎよりも小さくなるように設定されることにより、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を所定割合以下、例えば１０％以下に抑制することができる。
【0177】
本実施形態では、光干渉測距センサ１００，１０１が、それぞれ、２つのセンサヘッドと、各センサヘッドをコントローラ１１０に接続する２つの光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える例を示したが、これに限定されるものではない。光干渉測距センサは、３つ以上のセンサヘッド、及び、これと同数の光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備えていてもよい。以下、説明の簡略化のため、光干渉測距センサが３つのセンサヘッドと２つの光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える場合に、コントローラ１１０の構成、特に、副干渉計１６０とその後段（下流）の構成について説明する。
【0178】
［３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計及びその後段の具体的構成］
図１４は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の一例を示す模式図であり、図１５は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の他の例を示す模式図である。
図１４は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の一例を示す模式図であり、図１５は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の他の例を示す模式図である。
【0179】
図１４に示すように、副干渉計１６０は、波長掃引光源１４０から投光された光が光分岐部１１１によって分岐されて供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて副干渉信号を生成する。具体的には、第１光カプラ１６１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１６２によって合成して干渉させることで、その光路長差に基づく副干渉信号が生成される。当該副干渉信号は、光ファイバ１６３を伝搬して第２フォトダイオード１１６に導かれるとともに、光ファイバ１６４を伝搬して第２フォトダイオード１１７に導かれる。さらに、副干渉信号は、光ファイバ１６４と同様に、遅延量を生成する。光ファイバ１６５を伝搬して第２フォトダイオード１１９に導かれる。光ファイバ１６５は、第２フォトダイオード１１９は、副干渉計１６０の光ファイバ１６５を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「遅延副干渉計信号」ともいう）に変換する。
【0180】
第３補正信号生成部１７３は、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第３補正信号（「第３Ｋクロック信号」、又は単に「第３Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第３補正信号は、図示を省略する第３主干渉計が生成する第３主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。第３補正信号生成部１７３は、副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することで、第３主干渉信号のアナログ信号を適切にサンプリングしてＡＤ変換するための第３補正信号、つまり、第３Ｋクロック信号を生成することができる。
【0181】
また、図１５に示すように、副干渉計１６０は、波長掃引光源１４０から投光された光が光分岐部１１１によって分岐されて供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて副干渉信号を生成する。具体的には、第１光カプラ１６１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１６２によって合成して干渉させることで、その光路長差に基づく副干渉信号が生成される。当該副干渉信号は、光ファイバ１６３を伝搬して第２フォトダイオード１１６に導かれる。一方、第２光カプラ１６２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てもよい。
【0182】
第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した第２干渉信号を受光して電気信号である副干渉計信号に変換し、第１補正信号生成部１７１と遅延線１９１とに出力する。
【0183】
遅延線１９１は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力するように構成されている。遅延線１９１は、遅延を発生させた信号、つまり、遅延副干渉計信号を、第２補正信号生成部１７２と遅延線１９２とに出力する。
遅延線１９２は、遅延線１９１と同様に、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第３補正信号生成部１７３に出力するように構成されている。遅延線１９２には、遅延線１９１から遅延副干渉計信号が入力され、さらに遅延を発生させた副干渉計信号が第３補正信号生成部１７３に出力される。
遅延線１９２は、遅延線１９１と同様に、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第３補正信号生成部１７３に出力するように構成されている。遅延線１９２には、遅延線１９１から遅延副干渉計信号が入力され、さらに遅延を発生させた副干渉計信号が第３補正信号生成部１７３に出力される。
【0184】
［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１００，１０１は、主干渉計１５０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１００，１０１は、主干渉計１５０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。
【0185】
図１６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１６（ａ）では、主干渉計１５０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１００，１０１の主干渉計１５０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。
【0186】
図１６（ｂ）では、主干渉計１５０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。
【0187】
図１６（ｃ）では、主干渉計１５０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。
【0188】
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。また、図示しない副干渉計についても、同様に、フィゾー型干渉計、マイケルソン型干渉計、及びマッハツェンダ型干渉計のいずれであってもよいし、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。
【0189】
なお、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。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、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、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【0190】
［付記１］
計測対象物に光を照射する第１センサヘッド（１２１）及び第２センサヘッド（１２２）のそれぞれに、光ファイバケーブル（１３０）を介して接続されるコントローラ（１１０）であって、
波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第２センサヘッド（１２２）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、
第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部（１１８）と、を備え、
光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
コントローラ（１１０）は、
副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
コントローラ（１１０）。
［付記８］
コントローラ（１１０）と、該コントローラ（１１０）に接続される光ファイバケーブル（１３０）とを含む光干渉測距センサ（１００）であって、
コントローラ（１１０）は、
波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第２センサヘッド（１２２）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、を備え、
光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
コントローラ（１１０）は、
副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
光干渉測距センサ（１００）。
計測対象物に光を照射する第１センサヘッド（１２１）及び第２センサヘッド（１２２）のそれぞれに、光ファイバケーブル（１３０）を介して接続されるコントローラ（１１０）であって、
波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第２センサヘッド（１２２）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、
第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部（１１８）と、を備え、
光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
コントローラ（１１０）は、
副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
コントローラ（１１０）。
［付記８］
コントローラ（１１０）と、該コントローラ（１１０）に接続される光ファイバケーブル（１３０）とを含む光干渉測距センサ（１００）であって、
コントローラ（１１０）は、
波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第１参照光とに基づく第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、第２センサヘッド（１２２）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）と、
光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、を備え、
光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
コントローラ（１１０）は、
副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
光干渉測距センサ（１００）。
【符号の説明】
【0191】
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…コリメートレンズ、２２ｂ…コリメートレンズ、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，５４ｂ，５４ｃ，５３ｄ，５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ，５４ｈ，５４ｉ，５４ｊ…光カプラ、５５…減衰器、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ…受光素子、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ…増幅回路、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ…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，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ…受光素子、７２ａ７２ｂ，７２ｃ…増幅回路，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ…ＡＤ変換部、７５…処理部、７６…差動増幅回路、７７…補正信号生成部、１００，１０１…光干渉測距センサ、１１０…コントローラ、１１１…光分岐部、
１１２，１１３…第１フォトダイオード、１１４，１１５…増幅回路、１１６，１１６，１１９…第２フォトダイオード、１１８…処理部、１２１…第１センサヘッド、１２２…第２センサヘッド、１３０…光ファイバケーブル、１３１…第１光ファイバ、１３２…第２光ファイバ、１４０…波長掃引光源、１５０…主干渉計、１５１…第１主干渉計、１５２…第２主干渉計、１６０…副干渉計、１６１…第１光カプラ、１６２…第２光カプラ、１６３…光ファイバ、１６４…光ファイバ、１６５…光ファイバ、１７１…第１補正信号生成部、１７２…第２補正信号生成部、１７３…第３補正信号生成部、１８１，１８２…ＡＤ変換部、１９１，１９２…遅延線、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…計測対象物、ｔ１…時刻、ｔ２…時刻、ｔ１２…遅延時間、Ｔｓｍｉｎ…サンプリング周期、ｖｓ…電圧、Δｔ…時間差。
１１２，１１３…第１フォトダイオード、１１４，１１５…増幅回路、１１６，１１６，１１９…第２フォトダイオード、１１８…処理部、１２１…第１センサヘッド、１２２…第２センサヘッド、１３０…光ファイバケーブル、１３１…第１光ファイバ、１３２…第２光ファイバ、１４０…波長掃引光源、１５０…主干渉計、１５１…第１主干渉計、１５２…第２主干渉計、１６０…副干渉計、１６１…第１光カプラ、１６２…第２光カプラ、１６３…光ファイバ、１６４…光ファイバ、１６５…光ファイバ、１７１…第１補正信号生成部、１７２…第２補正信号生成部、１７３…第３補正信号生成部、１８１，１８２…ＡＤ変換部、１９１，１９２…遅延線、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…計測対象物、ｔ１…時刻、ｔ２…時刻、ｔ１２…遅延時間、Ｔｓｍｉｎ…サンプリング周期、ｖｓ…電圧、Δｔ…時間差。
【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】