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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】P2025008158
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】距離計測装置及び距離計測方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/06 20060101AFI20250109BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
G01B11/06 G
G01B11/00 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023110091
(22)【出願日】2023-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】304023318
【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124800
【弁理士】
【氏名又は名称】諏澤 勇司
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】水嶋 祐基
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA06
2F065AA30
2F065BB22
2F065CC19
2F065FF52
2F065GG04
2F065GG24
2F065HH13
2F065LL01
2F065LL67
(57)【要約】
【課題】所望の計測可能範囲を得る。
【解決手段】距離計測装置１は、計測光Ｌ１を発生する光源ユニット３と、計測光Ｌ１の一部である照射光Ｌ２を計測対象面９ａに照射すると共に計測光Ｌ１の残りである端面反射光Ｌ３を反射する光ファイバ端面２ａを含む１本の光ファイバ２と、照射光Ｌ２が計測対象面９ａにおいて反射した後に再び光ファイバ２に入射した戻り光Ｌ４であって、戻り光Ｌ４と端面反射光Ｌ３とが干渉して生じる干渉光Ｌ５のスペクトルを得る分光器５１と、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るコンピュータ６と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】距離計測装置１は、計測光Ｌ１を発生する光源ユニット３と、計測光Ｌ１の一部である照射光Ｌ２を計測対象面９ａに照射すると共に計測光Ｌ１の残りである端面反射光Ｌ３を反射する光ファイバ端面２ａを含む１本の光ファイバ２と、照射光Ｌ２が計測対象面９ａにおいて反射した後に再び光ファイバ２に入射した戻り光Ｌ４であって、戻り光Ｌ４と端面反射光Ｌ３とが干渉して生じる干渉光Ｌ５のスペクトルを得る分光器５１と、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るコンピュータ６と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測光を発生する光源と、
前記計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に前記計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバと、
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得る分光部と、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得る距離取得部と、を備える距離計測装置。
前記計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に前記計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバと、
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得る分光部と、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得る距離取得部と、を備える距離計測装置。
【請求項2】
前記干渉光の光強度を得る光強度取得部をさらに備え、
前記距離取得部は、
前記干渉光のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部と、
前記干渉光の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部と、
前記第１候補距離又は前記第２候補距離のいずれかを前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する距離出力部と、を含む、請求項１に記載の距離計測装置。
前記距離取得部は、
前記干渉光のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部と、
前記干渉光の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部と、
前記第１候補距離又は前記第２候補距離のいずれかを前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する距離出力部と、を含む、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項3】
前記距離取得部は、
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較して、前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較して、前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項4】
前記距離取得部は、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項5】
前記距離取得部は、
前記照射光を前記ファイバ端面から出射しないときに前記光強度取得部が出力するノイズ信号の強度に基づいて、前記ノイズ信号に由来して前記第２候補距離に重畳される不確かさを示す誤差距離を得る誤差距離取得部と、
前記第２候補距離に占める前記誤差距離の割合を得る誤差評価値を得る評価値取得部と、を含む、請求項２に記載の距離計測装置。
前記照射光を前記ファイバ端面から出射しないときに前記光強度取得部が出力するノイズ信号の強度に基づいて、前記ノイズ信号に由来して前記第２候補距離に重畳される不確かさを示す誤差距離を得る誤差距離取得部と、
前記第２候補距離に占める前記誤差距離の割合を得る誤差評価値を得る評価値取得部と、を含む、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項6】
前記距離取得部は、
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記誤差評価値と閾値とを比較して、前記誤差評価値が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記誤差評価値と閾値とを比較して、前記誤差評価値が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
【請求項7】
前記距離出力部は、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記誤差評価値が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記誤差評価値が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
【請求項8】
光源が発生した計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に前記計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバから前記照射光を計測対象物に向けて出射するステップと、
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得るステップと、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得るステップと、を有する距離計測方法。
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得るステップと、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得るステップと、を有する距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、距離計測装置及び距離計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本願発明者らによる特許文献１は、光ファイバを用いて液膜の厚さを得る技術を開示する。この技術は、移動する液膜に向けて光ファイバから計測光を出射する。そして、液膜気液界面において反射して再び光ファイバに入射する光の光強度を得る。光ファイバに戻る光の光強度は、計測光を出射する光ファイバの端面から液膜気液界面までの距離に応じて減衰する。従って、どの程度の光強度の減衰を生じたかを知ることによって、光ファイバの端面から液膜気液界面までの距離を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－７７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
微小な膜厚や微小な距離を計測する技術分野において、計測対象とする範囲はさまざまである。しかし、光強度を利用する計測手法では、外乱の影響を受けやすいなどの理由より距離を得ることができる計測対象範囲が制限されることあった。
【0005】
そこで、本発明は、所望の計測対象範囲における距離を得ることができる距離計測装置及び距離計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一形態である距離計測装置は、計測光を発生する光源と、計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバと、照射光が計測対象面において反射した後に再び光ファイバに入射した戻り光であって、戻り光と反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得る分光部と、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得る距離取得部と、を備える。
【0007】
本発明の別の形態である距離計測方法は、光源が発生した計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバから照射光を計測対象物に向けて出射するステップと、照射光が計測対象面において反射した後に再び光ファイバに入射した戻り光であって、戻り光と反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得るステップと、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得るステップと、を有する。
【0008】
距離計測装置及び距離計測方法は、光ファイバ端面で生じる反射光と、計測対象面で生じる照射光の反射に起因して再び光ファイバに入射する戻り光と、が干渉して生じる干渉光を得る。そして、距離計測部は、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得る。干渉光のスペクトルは、干渉光の光強度に比べて外乱の影響を受けにくい。従って、干渉光の光強度を用いた距離計測に適さない計測対象範囲における距離を得ることができる。
【0009】
一形態の距離計測装置は、干渉光の光強度を得る光強度取得部をさらに備えてもよい。距離取得部は、干渉光のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部と、干渉光の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部と、第１候補距離又は第２候補距離のいずれかを光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する距離出力部と、を含んでもよい。この構成によれば、干渉光のスペクトルを用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、干渉光の光強度を用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、を合算した広い計測対象範囲を得ることができる。
【0010】
一形態の距離計測装置における距離取得部は、第１候補距離取得部によって第１候補距離を得る動作と、第２候補距離取得部によって第２候補距離を得る動作と、距離出力部が干渉光の光強度と閾値とを比較して、干渉光の光強度が閾値以上である場合に第１候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、干渉光の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行してもよい。この動作によれば、光ファイバ端面から計測対象面までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
【0011】
一形態の距離計測装置における距離取得部は、距離出力部が干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、干渉光の光強度が閾値以上である場合に、第１候補距離取得部によって第１候補距離を得て、第１候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として出力する動作と、干渉光の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離取得部によって第２候補距離を得て、第２候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行してもよい。この動作によっても、光ファイバ端面から計測対象面までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に出力することができる。
【0012】
一形態の距離計測装置における距離取得部は、照射光をファイバ端面から出射しないときに光強度取得部が出力するノイズ信号の強度に基づいて、ノイズ信号に由来して第２候補距離に重畳される不確かさを示す誤差距離を得る誤差距離取得部と、第２候補距離に占める誤差距離の割合を得る誤差評価値を得る評価値取得部と、を含んでもよい。この構成によれば、光強度とは異なる視点の閾値によって第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを選択することができる。
【0013】
一形態の距離計測装置における距離取得部は、第１候補距離取得部によって第１候補距離を得る動作と、第２候補距離取得部によって第２候補距離を得る動作と、距離出力部が誤差評価値と閾値とを比較して、誤差評価値が閾値以上である場合に第１候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、誤差評価値が閾値未満である場合に、第２候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行してもよい。この動作によっても、光ファイバ端面から計測対象面までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
【0014】
一形態の距離計測装置における距離出力部は、距離出力部が干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、誤差評価値が閾値以上である場合に、第１候補距離取得部によって第１候補距離を得て、第１候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として出力する動作と、誤差評価値が閾値未満である場合に、第２候補距離取得部によって第２候補距離を得て、第２候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行してもよい。この動作によっても、光ファイバ端面から計測対象面までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に出力することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、所望の計測可能範囲を得ることができる距離計測装置及び距離計測方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0018】
図１は、距離計測装置１を模式的に示す図である。距離計測装置１は、１本の光ファイバ２から計測対象物９に向けて計測光を出射する。距離計測装置１は、計測対象物９で反射されて、光ファイバ２に戻る戻り光を得る。そして、距離計測装置１は、戻り光を用いて計測対象物９までの距離を得る。
【0019】
距離計測装置１の適用先として、例えば、半導体製造プロセスが挙げられる。半導体の製造プロセスでは、ウェハの回転を伴う処理が多い。ウェハを回転させるときには、ウェハの偏心や傾斜を抑制するためのウェハアライメントが重要である。さらに、今後の半導体チップにおける集積度の向上に伴い、ウェハ面内の不均一な汚染やレジスト材などのふちだれを防止することも重要になることが予想される。つまり、ウェハアライメントの重要性は、今後ますます高まることが予想されている。この場合において、ウェハアライメントを評価するためには、マイクロメートルレベルの測定精度が要求され、さらにはサブマイクロメートルレベルの測定精度が要求されることも予想される。さらに、ウェハの回転に伴う振動の計測のニーズも生じることが予想される。
【0020】
具体的には、半導体製造プロセスでは、レジスト膜の形成（塗膜）、ウェハの研磨、ウェハの洗浄などの工程において、ウェハの傾斜や平坦度をその場で計測することが望まれる。これらの工程において、距離計測装置１を用いてレジスト膜の膜厚や、ウェハまでの距離を計測した結果に基づいてウェハの傾斜や平坦度を得る。また、ウェハまでの距離を計測した結果を、ウェハの位置決め精度を確認するために用いることもあり得る。位置決め精度の確認という視点からすれば、計測対象は半導体ウェハに限定されず、磁気ディスク基板や精密機械加工などの分野にも適用してもよい。さらには、軸受の隙間をその場で観察するために距離計測装置１を用いることもできる。
【0021】
距離計測装置１及び距離計測方法は、これらのニーズに対応することが可能なものとして鋭意検討された結果、得たものである。
【0022】
まず、「計測対象物９までの距離」について、２つ例を提示する。本実施形態でいう「距離」は、図２（ａ）に例示する計測対象物９の「厚さ」と、図２（ｂ）に例示する計測対象物９までの「距離」と、を含む。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）の例示では、光ファイバ端面２ａから出射される光及び反射される光は、光ファイバ２の光軸に対して傾けて図示されている。これは、説明の便宜上のものである。光ファイバ端面２ａから出射される光及び反射される光は、光ファイバ２の光軸に対して平行であってもよいし、傾いていてもよい。例えば、光ファイバ端面２ａから出射される光及び反射される光は、光ファイバ２の光軸に対して略平行であってもよい。換言すると、光ファイバ端面２ａから出射される光及び反射される光は、光ファイバ端面２ａに対して略垂直であってもよい。
【0023】
第１に、距離計測装置１は、図２（ａ）に例示する液膜の厚さ（以下「膜厚」と称する）を得る。つまり、「計測対象物９」とは、液体９１であり、「計測対象面までの距離」とは、光ファイバ２の光ファイバ端面２ａから気液界面９１ａ（計測対象面９ａ）までの距離である。液体９１が流れる流路の底面１０１と光ファイバ端面２ａとが相互に一致する場合には、光ファイバ端面２ａから気液界面９１ａまでの距離は、液体９１の気液界面９１ａから液固界面９１ｂまでの距離９Ｈ、すなわち「膜厚」である。
【0024】
液膜の厚さを得るために距離計測装置１を適用する例示としては、例えば、ウェハ表面にレジスト液を塗布する工程があり得る。また、液膜の厚さを得るために距離計測装置１を適用する例示としては、火力発電等に用いるガスタービンにおいて、静翼に付着する液体（水）の観察もあり得る。例えば、発電機タービン内面の複数個所に本実施形態の距離計測装置１を配置する。この構成によると、複数点のリアルタイムでの連続計測による液膜面の傾斜移動計測及び／又は振幅計測等が可能となる。
【0025】
第２に、距離計測装置１は、図２（ｂ）に例示する物体９２までの隔たり（以下「離間距離」と称する）を得る。つまり、「計測対象物９」とは、物体９２であり、「計測対象面までの距離とは、光ファイバ端面２ａから物体９２の表面９２ａまでの距離９Ｈである。物体９２の例示は、シリコンウェハである。
【0026】
距離計測装置１は、計測対象物９に対する設置態様によって、２つの距離測定の態様を任意に選択することができる。従って、図２（ａ）に示す膜厚を計測する態様と、図２（ｂ）に示す離間距離を計測する態様と、において、距離計測装置１の構成上の相違はない。
【0027】
以下の説明において用いるいくつかの光について述べる。以下の説明では、「計測光Ｌ１」、「照射光Ｌ２」、「端面反射光Ｌ３」、「戻り光Ｌ４」、「干渉光Ｌ５」を例示する。計測光Ｌ１は、後述する光源ユニット３が発生する光である。計測光Ｌ１は、あらかじめ定めた特定の波長のみを含む特定波長成分と、複数の波長を含み実質的に波長ごとに強度の偏りがない白色光成分とを含む。計測光Ｌ１は、光ファイバ端面２ａにおいて、その一部が外部に出射され、残りが反射する。外部に出射される光は、照射光Ｌ２である。反射される光は、端面反射光Ｌ３である。
【0028】
照射光Ｌ２は、計測対象物９に至り、計測対象物９の気液界面９１ａ（図２（ａ）参照）又は物体９２の表面９２ａ（図２（ｂ）参照）で反射される。反射された照射光Ｌ２の一部又は全部は、光ファイバ端面２ａから再び光ファイバ２のコア２１に入射する。光ファイバ端面２ａから再び光ファイバ２のコア２１に入射した光は、戻り光Ｌ４である。戻り光Ｌ４及び端面反射光Ｌ３は、コア２１内において互いに干渉する。戻り光Ｌ４及び端面反射光Ｌ３が互いに干渉した光は、干渉光Ｌ５である。
【0029】
【0030】
光源ユニット３は、コンピュータ６から受ける指令に応じて白色光Ｌ１１及び特定波長光Ｌ１２を発生すると共に、白色光Ｌ１１及び特定波長光Ｌ１２を導光ユニット４に渡す。導光ユニット４は、受けた白色光Ｌ１１及び特定波長光Ｌ１２を合波して計測光Ｌ１を生成し、計測光Ｌ１を光ファイバ２に渡す。光ファイバ２は、受光ユニット５から受けた計測光Ｌ１を計測対象物９に向けて出射する。光ファイバ２は、計測対象物９において反射した計測光Ｌ１を戻り光Ｌ４として受け入れる。そして、光ファイバ２は、戻り光Ｌ４及び端面反射光Ｌ３を含む干渉光Ｌ５を受光ユニット５に渡す。受光ユニット５は、干渉光Ｌ５に関する情報を取得し、当該情報をコンピュータ６に渡す。コンピュータ６は、干渉光Ｌ５に関する情報を利用して計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る。
【0031】
光源ユニット３は、計測光Ｌ１を発生する。光源ユニット３は、コンピュータ６から渡される指令に基づいて、計測光Ｌ１の出射と停止とを切り替えてもよい。光源ユニット３には、導光ユニット４が光学的に接続されている。光源ユニット３は、白色光源３１とレーザ光源３２とを含む。白色光源３１は、複数の波長を含み実質的に波長ごとに強度の偏りがない白色光Ｌ１１を発生する。レーザ光源３２は、あらかじめ定めた特定の波長のみを含む特定波長光Ｌ１２を発生する。
【0032】
導光ユニット４は、第１カプラ４１、第２カプラ４２、第３カプラ４３を有する。導光ユニット４は、光源ユニット３から光ファイバ２へ光を渡す機能と、光ファイバ２から受光ユニット５に光を渡す機能と、を有する。
【0033】
まず、光源ユニット３から光ファイバ２へ光を渡す機能について説明する。第１カプラ４１は、白色光源３１及び第３カプラ４３に接続されている。第１カプラ４１は、白色光源３１から受けた白色光Ｌ１１を第３カプラ４３に渡す。第２カプラ４２は、レーザ光源３２及び第３カプラ４３に接続されている。第２カプラ４２は、レーザ光源３２から受けた特定波長光Ｌ１２を第３カプラ４３に渡す。第３カプラ４３は、第１カプラ４１から受けた白色光Ｌ１１と第２カプラ４２から受けた特定波長光Ｌ１２とを合波する。白色光Ｌ１１と特定波長光Ｌ１２とが合波された結果、計測光Ｌ１が生じる。第３カプラ４３は、光ファイバ２に接続されている。第３カプラ４３は、光ファイバ２に計測光Ｌ１を渡す。
【0034】
次に、光ファイバ２から光源ユニット３へ光を渡す機能について説明する。第３カプラ４３は、光ファイバ２から干渉光Ｌ５を受ける。第３カプラ４３は、第１カプラ４１及び第２カプラ４２のそれぞれに干渉光Ｌ５を渡す。第１カプラ４１は、干渉光Ｌ５を分光器５１に渡す。第２カプラ４２は、光検出器５２に干渉光Ｌ５を渡す。
【0035】
光ファイバ２は、導光ユニット４の第３カプラ４３に接続された光ファイバ基端と、計測対象物９に向く光ファイバ出射端と、を有する。光ファイバ出射端は、光ファイバ端面２ａ（図２（ａ）等参照）を含む。
【0036】
なお、図２（ａ）等に示す光ファイバ端面２ａは、光ファイバ２の光軸に対して直交する。光ファイバ端面２ａは、光ファイバ２の光軸に対して傾く斜面であってもよい。
【0037】
受光ユニット５は、分光器５１（分光部）と光検出器５２（光強度取得部）とを有する。分光器５１は、干渉光Ｌ５のスペクトルを得る。干渉光Ｌ５のスペクトルは、干渉光Ｌ５が含む波長ごとの光強度を示す。分光器５１は、干渉光Ｌ５のスペクトルをコンピュータ６に渡す。以下の説明において、コンピュータ６が扱う干渉光Ｌ５のスペクトルを干渉光スペクトルデータＤ１と称する。光検出器５２は、干渉光Ｌ５の光強度を得る。干渉光Ｌ５の光強度は、波長ごとの光強度の総和である。光検出器５２は、干渉光Ｌ５の光強度をコンピュータに渡す。以下の説明において、コンピュータ６が扱う干渉光Ｌ５の光強度を干渉光強度データＤ２と称する。
【0038】
コンピュータ６は、光源ユニット３の動作を制御する指令を光源ユニット３に渡す。コンピュータ６は、受光ユニット５から受ける情報に基づいて計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る。受光ユニット５から受ける情報とは、干渉光スペクトルデータＤ１及び干渉光強度データＤ２である。
【0039】
まず、図３を参照して、コンピュータ６のハードウェア構成について説明する。コンピュータ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)であるプロセッサ６１と、主記憶部６２と、メモリ６３と、外部通信部６４と、操作部６５と、出力部６６とを有する。コンピュータ６は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成されている。
【0040】
プロセッサ６１は、オペレーティングシステムやアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶部６２は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。メモリ６３は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。メモリ６３は、一般的に主記憶部６２よりも大量のデータを記憶する。操作部６５は、キーボード、マウス、タッチパネル、及び、音声入力用マイクなどにより構成される。出力部６６は、ディスプレイ及びプリンタなどにより構成される。例えば、コンピュータ６は、計測対象面９ａまでの距離９Ｈ等をディスプレイ等に表示してもよい。
【0041】
メモリ６３は、あらかじめ、計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るプログラムＰ１及び処理に必要なデータを格納している。計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るプログラムＰ１は、計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るためのいくつかの機能要素をコンピュータ６に実行させる。例えば、計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るプログラムＰ１は、プロセッサ６１又は主記憶部６２によって読み込まれ、プロセッサ６１、主記憶部６２、メモリ６３、外部通信部６４、操作部６５、及び出力部６６の少なくとも１つを動作させる。
【0042】
図１に示すように、プロセッサ６１は、メモリ６３から読み込んだ計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るプログラムＰ１を実行することによって、第１候補距離取得部６ａ、第２候補距離取得部６ｂ及び距離出力部６ｃとして機能する。
【0043】
コンピュータ６は、干渉光スペクトルデータＤ１を用いて得た第１候補距離データＤ３と、干渉光強度データＤ２を用いて得た第２候補距離データＤ４と、をそれぞれ算出する。そして、コンピュータ６は、所定の判定条件を用いて、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれか一方を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。第１候補距離データＤ３は、比較的短い計測対象面９ａまでの距離９Ｈの計測に適する。第２候補距離データＤ４は、比較的長い計測対象面９ａまでの距離９Ｈの計測に適する。つまり、互いに計測に適した距離の範囲が異なっている。そして、所定の判定条件に基づく判定によって、第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４を選ぶので、結果としてコンピュータ６が出力する計測対象面９ａまでの距離９Ｈの範囲は、第１候補距離データＤ３が対象とする距離計測の範囲と、第２候補距離データＤ４が対象とする距離計測の範囲と、を合わせたものとなる。
【0044】
第１候補距離取得部６ａは、メモリ６３から干渉光スペクトルデータＤ１を読み出す。第１候補距離取得部６ａは、干渉光スペクトルデータＤ１を用いて第１候補距離データＤ３を得る。そして、第１候補距離取得部６ａは、第１候補距離データＤ３をメモリ６３に格納する。
【0045】
干渉光スペクトルデータＤ１を用いて距離を得る手法として、例えば、いわゆる干渉分光法を用いてよい。干渉光Ｌ５のスペクトルは、照射光Ｌ２が伝わる媒質の屈折率と距離とに依存する。照射光Ｌ２が伝わる媒質とは、図２（ａ）の例示によれば液体であり、図２（ｂ）の例示によれば空気である。そして、計測対象面９ａまでの距離９Ｈと干渉光Ｌ５のスペクトルとの関係は、下記式（１）により定義される。
ｄ＝Δｍ／２ｎ×（λ１×λ２／（λ１－λ２））・・・（１）
ｄ：第１候補距離データＤ３。
Δｍ：干渉光スペクトルのピーク数。
ｎ：媒質の屈折率。
λ１、λ２：波長。
ｄ＝Δｍ／２ｎ×（λ１×λ２／（λ１－λ２））・・・（１）
ｄ：第１候補距離データＤ３。
Δｍ：干渉光スペクトルのピーク数。
ｎ：媒質の屈折率。
λ１、λ２：波長。
【0046】
第２候補距離取得部６ｂは、メモリ６３から干渉光強度データＤ２を読み出す。第２候補距離取得部６ｂは、干渉光強度データＤ２を用いて第２候補距離データＤ４を得る。そして、第２候補距離取得部６ｂは、第２候補距離データＤ４をメモリ６３に格納する。干渉光強度データＤ２を用いて第２候補距離データＤ４を得る手法としては、本願発明者らによる特開２０２２－７７３０３号公報に記載された手法を適用してよい。
【0047】
距離出力部６ｃは、メモリ６３から第１候補距離データＤ３、第２候補距離データＤ４及び干渉光強度データＤ２を得る。距離出力部６ｃは、所定の判定条件を用いて第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４の一方を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。距離出力部６ｃは、計測対象面９ａまでの距離９Ｈをメモリに格納する。
【0048】
所定の判定条件として、「干渉光強度が強度閾値以上であるか？」を用いてよい。図４は、計測対象面９ａまでの距離９Ｈと光検出器５２から出力される信号強度を示す。つまり、光検出器５２から出力される信号強度とは、つまり干渉光強度である。図４のグラフＧ４に示すように、計測対象面９ａまでの距離９Ｈが大きくなるほど信号強度（干渉光強度）が弱まる。信号強度が大きいことは、Ｓ／Ｎ比などの観点からすれば有利である。しかし、信号強度が大きい範囲Ｒ１では、計測対象面９ａまでの距離９Ｈの増加（又は減少）に対して、信号強度が大きく変化する。このような関係においては、信号強度に基づく計測対象面９ａまでの距離９Ｈの算出は不利である。そこで、範囲Ｒ１のように信号強度の絶対値が大きく、計測対象面９ａまでの距離９Ｈの増加（又は減少）に対して、信号強度が大きい範囲では、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく第１候補距離データＤ３を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。一方、範囲Ｒ２のように信号強度の絶対値が小さく、計測対象面９ａまでの距離９Ｈの増加（又は減少）に対して、信号強度が小さい範囲では、干渉光強度データＤ２に基づく第２候補距離データＤ４を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。
【0049】
つまり、信号強度（干渉光強度）に対して強度閾値ＶＴＨを設定する。信号強度が強度閾値ＶＴＨより大きい場合には、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく第１候補距離データＤ３を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。一方、信号強度が強度閾値ＶＴＨより小さい場合には、干渉光強度データＤ２に基づく第２候補距離データＤ４を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。
【0050】
一例として、第１候補距離データＤ３が採用される距離の範囲は、１μｍ以上１００μｍ未満としてよい。そして、第２候補距離データＤ４が採用される距離の範囲は、１００μｍ以上としてよい。この場合には、第２候補距離データＤ４が１００μｍとなる信号強度（干渉光強度）が強度閾値ＶＴＨとして設定される。
【0051】
また、第１候補距離データＤ３が採用される距離の範囲の一部と第２候補距離データＤ４が採用される距離の範囲の一部とが重複してもよい。例えば、５０μｍ以上１００μｍ未満の範囲は、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれを用いてもよいとすることも可能である。この場合には、第２候補距離データＤ４が５０μｍとなる信号強度が第１強度閾値として採用され、第２候補距離データＤ４が１００μｍとなる信号強度が第２強度閾値として採用される。そして、計測によって得た第２候補距離データＤ４が第１強度閾値以上である場合に、第１候補距離データＤ３を採用する。計測によって得た第２候補距離データＤ４が第２強度閾値未満である場合に、第２候補距離データＤ４を採用する。計測によって得た第２候補距離データＤ４が第１強度閾値未満第２強度閾値以上である場合に、第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４の何れか一方を選択する。例えば、第２候補距離データＤ４が第１強度閾値未満第２強度閾値以上である場合に、第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４のいずれを選択するかは予め定めてもよい。
【0052】
＜計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法＞
次に、図５を参照しながら、コンピュータ６が実行する計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法について説明する。
次に、図５を参照しながら、コンピュータ６が実行する計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法について説明する。
【0053】
まず、計測対象面９ａに向けて照射光Ｌ２を出射する（Ｓ１１）。このステップＳ１１は、コンピュータ６、光源ユニット３、導光ユニット４及び光ファイバ２によって行われる。
【0054】
次に、干渉光スペクトルデータＤ１と干渉光強度データＤ２とを得る（Ｓ１２）。このステップＳ１２は、光ファイバ２、導光ユニット４、受光ユニット５及びコンピュータ６によって行われる。ステップＳ１２の結果、干渉光スペクトルデータＤ１と干渉光強度データＤ２がメモリ６３に格納される。
【0055】
次に、第１候補距離データＤ３を得る（Ｓ１３）。このステップＳ１３は、第１候補距離取得部６ａを構成するプロセッサ６１及び干渉光強度データＤ２を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ１３の結果、第１候補距離取得部６ａは、第１候補距離データＤ３をメモリ６３に格納する。
【0056】
次に、第２候補距離データＤ４を得る（Ｓ１４）。このステップＳ１４は、第２候補距離取得部６ｂを構成するプロセッサ６１及び干渉光スペクトルデータＤ１を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ１４の結果、第２候補距離取得部６ｂは、第２候補距離データＤ４をメモリ６３に格納する。
【0057】
次に、計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４のいずれかを選択する（Ｓ１５）。このステップＳ１５は、距離出力部６ｃを構成するプロセッサ６１及び、第１候補距離データＤ３、第２候補距離データＤ４及び干渉光強度データＤ２を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ１５の結果、距離出力部６ｃは、選択した候補距離を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとしてメモリ６３に格納する。
【0058】
＜作用効果＞
従来、微小な距離を計測する方式は、いくつか存在する。例えば、微小な距離を計測する方式として、超音波エコー方式、飛行時間に基づく光学方式、共焦点に基づく光学方式、渦電流や静電容量に基づく電気方式などが例示できる。しかし、これらの方式には固有の特徴を有する。超音波エコー方式は、比較的長い距離（メートル単位）の計測は得意であるが、微小な距離（マイクロメートル単位）の計測や高速な計測が不得意である。飛行時間に基づく光学方式は、比較的長い距離（メートル単位）の計測には有利であるが、微小な距離（マイクロメートル単位）の計測には不利である。共焦点に基づく光学方式は、比較的短い距離（マイクロメートル単位）の計測に用いることができるが、ナノオーダー単位の分解能に関して課題がある。また、ゼロ点補正や高速計測が不利であるという課題もある。渦電流や静電容量に基づく電気方式は、比較的短い距離（マイクロメートル単位）の計測が可能であり実績も多い。しかし、測定空間の外乱を受けやすいという課題を有しており、測定結果に及ぼす外乱の影響を抑制するための校正作業が必須である。
従来、微小な距離を計測する方式は、いくつか存在する。例えば、微小な距離を計測する方式として、超音波エコー方式、飛行時間に基づく光学方式、共焦点に基づく光学方式、渦電流や静電容量に基づく電気方式などが例示できる。しかし、これらの方式には固有の特徴を有する。超音波エコー方式は、比較的長い距離（メートル単位）の計測は得意であるが、微小な距離（マイクロメートル単位）の計測や高速な計測が不得意である。飛行時間に基づく光学方式は、比較的長い距離（メートル単位）の計測には有利であるが、微小な距離（マイクロメートル単位）の計測には不利である。共焦点に基づく光学方式は、比較的短い距離（マイクロメートル単位）の計測に用いることができるが、ナノオーダー単位の分解能に関して課題がある。また、ゼロ点補正や高速計測が不利であるという課題もある。渦電流や静電容量に基づく電気方式は、比較的短い距離（マイクロメートル単位）の計測が可能であり実績も多い。しかし、測定空間の外乱を受けやすいという課題を有しており、測定結果に及ぼす外乱の影響を抑制するための校正作業が必須である。
【0059】
そこで、本実施形態の距離計測装置１は、上記の方式が不得意としている較的短い距離（マイクロメートル単位）の計測を計測範囲とする。実施形態の距離計測装置１の計測対象範囲は、一例として、１０ｎｍ以上１００μｍ未満である。さらに、実施形態の距離計測装置１の計測対象範囲は、一例として、１０ｎｍ以上１ｍｍ未満とすることもできる。そのうえ、距離計測装置１は、ゼロ点補正や校正の必要もなく、且つ高速計測も可能である。例えば、実施形態の距離計測装置１のサンプリング周波数は、例えば１００ｋＨｚとすることも可能である。要するに、本実施形態の距離計測装置１は、微小変位をその場でモニタリングすることが可能である。本実施形態の距離計測装置１は、ひとつの計測対象物９について複数の箇所において距離を計測することにより、計測対象物９の傾きを得ることが可能である。さらに、高速に距離の情報を得ることが可能であるので、計測対象物９の振動計測に用いることも可能である。
【0060】
つまり、距離計測装置１は、計測光Ｌ１を発生する光源ユニット３と、計測光Ｌ１の一部である照射光Ｌ２を計測対象面９ａに照射すると共に計測光Ｌ１の残りである端面反射光Ｌ３を反射する光ファイバ端面２ａを含む１本の光ファイバ２と、照射光Ｌ２が計測対象面９ａにおいて反射した後に再び光ファイバ２に入射した戻り光Ｌ４であって、戻り光Ｌ４と端面反射光Ｌ３とが干渉して生じる干渉光Ｌ５のスペクトルを得る分光器５１と、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るコンピュータ６と、を備える。
【0061】
距離計測方法は、光源ユニット３が発生した計測光Ｌ１の一部である照射光Ｌ２を計測対象面９ａに照射すると共に計測光Ｌ１の残りである端面反射光Ｌ３を反射する光ファイバ端面２ａを含む１本の光ファイバ２から照射光Ｌ２を計測対象物９に向けて出射するステップＳ１１と、照射光Ｌ２が計測対象面９ａにおいて反射した後に再び光ファイバ２に入射した戻り光Ｌ４であって、戻り光Ｌ４と端面反射光Ｌ３とが干渉して生じる干渉光Ｌ５のスペクトルを得るステップＳ１２と、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るステップＳ１３～Ｓ１７と、を有する。
【0062】
距離計測装置１及び距離計測方法は、光ファイバ端面２ａで生じる端面反射光Ｌ３と、計測対象面９ａで生じる照射光Ｌ２の反射に起因して再び光ファイバ２に入射する戻り光Ｌ４と、が干渉して生じる干渉光Ｌ５を得る。そして、距離計測装置１及び距離計測方法は、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る。干渉光Ｌ５のスペクトルは、干渉光Ｌ５の光強度に比べて外乱の影響を受けにくい。従って、距離計測装置１及び距離計測方法は、干渉光Ｌ５の光強度を用いた距離計測に適さない計測対象範囲における距離を得ることができる。
【0063】
距離計測装置１は、干渉光Ｌ５の光強度を得る光検出器５２をさらに備える。コンピュータ６は、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部６ａと、干渉光Ｌ５の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部６ｂと、第１候補距離又は第２候補距離のいずれかを光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する距離出力部６ｃと、を含む。この構成によれば、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、干渉光Ｌ５の光強度を用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、を合算した広い計測対象範囲を得ることができる。
【0064】
距離計測装置１の距離出力部６ｃは、干渉光Ｌ５の光強度が閾値以上である場合に、第１候補距離を光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択し、干渉光Ｌ５の光強度が示す干渉光Ｌ５の光強度の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離を光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。この構成によれば、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
【0065】
換言すると、コンピュータ６は、第１候補距離取得部６ａによって第１候補距離データＤ３を得る動作と、第２候補距離取得部６ｂによって第２候補距離データＤ４を得る動作と、距離出力部６ｃが干渉光の光強度と閾値とを比較して、干渉光の光強度が閾値以上である場合に第１候補距離データＤ３を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として選択する動作と、干渉光の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離データＤ４を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として選択する動作と、を実行する。この動作によれば、光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
【0066】
＜変形例＞
以上、本発明である距離計測装置及び距離計測方法の例示について説明した。距離計測装置及び距離計測方法は、上記の例示に限定されることなくさまざまな形態で実施してよい。
以上、本発明である距離計測装置及び距離計測方法の例示について説明した。距離計測装置及び距離計測方法は、上記の例示に限定されることなくさまざまな形態で実施してよい。
【0067】
上記の実施形態では、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４の選択に際し、干渉光強度データＤ２と強度閾値ＶＴＨとを用いた判定条件を設定した。判定条件は別の内容であってもよい。
【0068】
図６（ａ）に示すように、光検出器５２から出力される信号には、所定のノイズが重畳する。このノイズとして、例えば、光検出器５２が発生する暗電流に起因するノイズが例示できる。つまり、ノイズは、光検出器５２に光が入射されていない状態であるときに、光検出器５２から出力される信号であるといえる。このノイズは、干渉光強度にばらつきをもたらす。例えば、図６（ｂ）に示すように、光検出器５２の出力信号にはノイズ振幅（±ΔＶ）が重畳する。ノイズ振幅（±ΔＶ）は、例えば光検出器５２の出力信号の最大値（ＶＭＡＸ）に対するプラスマイナス５％と仮定してもよい。いま、光検出器５２の出力信号の最大値（ＶＭＡＸ）が１Ｖであるとすると、ノイズ振幅（±ΔＶ）は、０．１Ｖである。このノイズ振幅（±ΔＶ）を距離に換算するとノイズ距離（±ΔＬ）となる。つまり、真の信号成分が示す距離がＬであり、真の信号成分が示す距離Ｌにノイズ距離（±ΔＬ）が重畳すると、計測値は－ΔＬ＜Ｌ＜ΔＬの範囲で揺らぐ。
【0069】
そこで、干渉光強度に占めるノイズ強度の割合を誤差評価値として用いる。干渉光強度に占めるノイズ強度の割合は、計測される距離が短くなるほど増加する。つまり、干渉光強度に占めるノイズ強度の割合が大きくなると、その光干渉強度に基づく距離も信頼性が低下する。そこで、干渉光強度に占めるノイズ強度の割合（誤差評価値）が閾値以上である場合には、第１候補距離データＤ３を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。この誤差評価値が閾値未満である場合には、第２候補距離データＤ４を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。
【0070】
一例として、ノイズ閾値ＮＴＨは、０．２（２０％）としてもよい。このノイズ閾値ＮＴＨを距離に換算すると、１００μｍに相当する。
【0071】
図７は、上述した候補距離の選択を行う距離計測装置１Ａの例示である。距離計測装置１Ａは、光源ユニット３と、導光ユニット４と、光ファイバ２と、受光ユニット５と、コンピュータ６Ａと、を有する。これらのうち、光源ユニット３、導光ユニット４、光ファイバ２及び受光ユニット５の詳細は、実施形態と同じである。つまり、変形例の距離計測装置１Ａは、コンピュータ６Ａが行う処理が実施形態の処理と相違する。
【0072】
コンピュータ６Ａは、変形例の計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得るプログラムＰ１をプロセッサ６１によって実行することにより、いくつかの機能構成要素を実現する。コンピュータ６Ａは、第１候補距離取得部６ａと、第２候補距離取得部６ｂと、ノイズ距離取得部６ｄ（誤差距離取得部）と、ノイズ評価値取得部６ｅと、距離出力部６ｆと、を有する。このうち、第１候補距離取得部６ａ及び第２候補距離取得部６ｂの詳細は、実施形態と同じであるから、詳細な説明は省略する。
【0073】
ノイズ距離取得部６ｄは、メモリ６３からノイズ強度データＤ６を得る。ノイズ距離取得部６ｄは、ノイズ強度をノイズ距離データＤ７に換算する。ノイズ距離取得部６ｄは、ノイズ距離データＤ７をメモリ６３に格納する。
【0074】
ノイズ評価値取得部６ｅは、メモリ６３から干渉光強度データＤ２及びノイズ強度データＤ６を得る。ノイズ評価値取得部６ｅは、干渉光強度データＤ２及びノイズ強度データＤ６を用いてノイズ評価値データＤ８を得る。ノイズ評価値は、例えば、ノイズ強度を干渉光強度で除算した値であってもよい。ノイズ評価値取得部６ｅは、ノイズ評価値データＤ８をメモリ６３に格納する。
【0075】
距離出力部６ｆは、メモリ６３からノイズ閾値ＮＴＨとノイズ評価値データＤ８と第１候補距離データＤ３と第２候補距離データＤ４とを得る。距離出力部６ｆは、ノイズ評価値データＤ８がノイズ閾値ＮＴＨ以上であるか否かを判定する。距離出力部６ｆは、ノイズ評価値データＤ８がノイズ閾値ＮＴＨ以上である場合に、第１候補距離データＤ３を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。距離出力部６ｆは、ノイズ評価値データＤ８がノイズ閾値ＮＴＨ未満である場合に、第２候補距離データＤ４を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。
【0076】
＜計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法＞
図８を参照しながら変形例である計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法について説明する。変形例である計測対象面９ａも、実施形態の計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法と同様にコンピュータ６Ａが実行する。
図８を参照しながら変形例である計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法について説明する。変形例である計測対象面９ａも、実施形態の計測対象面９ａまでの距離９Ｈを得る方法と同様にコンピュータ６Ａが実行する。
【0077】
まず、ノイズ強度データＤ６を得る（Ｓ２０）。このステップＳ２１は、受光ユニット５及びコンピュータ６によって行われる。コンピュータ６は、計測光Ｌ１の出射を停止させる旨の指令を光源ユニット３に与える。そして、コンピュータ６は、受光ユニット５から出力される信号をノイズ強度データＤ６としてメモリ６３に格納する。
【0078】
次に、計測対象面９ａに向けて照射光Ｌ２を出射する（Ｓ２１）。そして、干渉光スペクトルデータＤ１と干渉光強度データＤ２とを得る（Ｓ２２）。これらのステップＳ２１，Ｓ２２は、実施形態のステップＳ１１，Ｓ１２と同じであるから詳細な説明は省略する。
【0079】
次に、第１候補距離データＤ３を得る（Ｓ２３）。そして、第２候補距離データＤ４を得る（Ｓ２４）。これらのステップＳ２３、Ｓ２４も実施形態のステップＳ１３、Ｓ１４と同じであるから詳細な説明は省略する。
【0080】
次に、ノイズ距離データＤ７を得る（Ｓ２５）。このステップＳ２５は、ノイズ距離取得部６ｄを構成するプロセッサ６１及びノイズ強度データＤ６を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ２５の結果、ノイズ距離取得部６ｄは、ノイズ距離データＤ７をメモリ６３に格納する。
【0081】
次に、ノイズ評価値データＤ８を得る（Ｓ２６）。このステップＳ２６は、ノイズ評価値取得部６ｅを構成するプロセッサ６１及びノイズ距離データＤ７及び第１候補距離データＤ３を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ２６の結果、ノイズ評価値取得部６ｅは、ノイズ評価値データＤ８をメモリ６３に格納する。
【0082】
次に、計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして第１候補距離データＤ３又は第２候補距離データＤ４のいずれかを選択する（Ｓ２７）。このステップＳ２７は、距離出力部６ｃを構成するプロセッサ６１及び、第１候補距離データＤ３、第２候補距離データＤ４及びノイズ評価値データＤ８を格納するメモリ６３によって行われる。ステップＳ２７の結果、距離出力部６ｃは、選択した候補距離を計測対象面９ａまでの距離９Ｈとしてメモリ６３に格納する。
【0083】
＜作用効果＞
【0084】
コンピュータ６は、照射光Ｌ２をファイバ端面から出射しないときに光検出器５２が出力するノイズ信号の強度に基づいて、ノイズ信号に由来して第２候補距離に重畳される不確かさを示す誤差距離を得るノイズ距離取得部６ｄと、第２候補距離に占める誤差距離の割合を得る誤差評価値を得るノイズ評価値取得部６ｅと、を含み、距離出力部６ｃは、誤差評価値が閾値未満である場合に、第１候補距離を光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択し、誤差評価値が閾値以上である場合に、第２候補距離を光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして選択する。この構成によっても、光ファイバ端面２ａから計測対象面９ａまでの距離９Ｈとして第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
【0085】
換言すると、変形例のコンピュータ６は、第１候補距離取得部６ａによって第１候補距離データＤ３を得る動作と、第２候補距離取得部６ｂによって第２候補距離データＤ４を得る動作と、距離出力部６ｆがノイズ評価値データＤ８とノイズ閾値ＮＴＨとを比較して、ノイズ評価値データＤ８がノイズ閾値ＮＴＨ以上である場合に第１候補距離データＤ３を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として選択する動作と、ノイズ評価値データＤ８がノイズ閾値ＮＴＨ未満である場合に、第２候補距離データＤ４を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として選択する動作と、を実行する。この動作によっても、光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれかを容易に選択することができる。
【0086】
【0087】
＜距離出力部の変形例＞
実施形態では、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４をそれぞれ算出し、光強度又はノイズ評価値のいずれかを用いた判定処理によって、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれかを距離として選択した。例えば、距離出力部６ｆは、これとは異なる処理によって距離を得てもよい。具体的には、図１０に示すように、まず、距離出力部６ｆは、光強度を用いた判定処理によって、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく値がよいか、干渉光強度データＤ２に基づく値がよいかを判定する（Ｓ３１）。このとき、第１候補距離取得部６ａ及び第２候補距離取得部６ｂは、それぞれ第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４を算出していない。距離出力部６ｆの判定処理によって、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく値がよいと判定された場合に（Ｓ３１：ＹＥＳ）、第１候補距離取得部６ａが第１候補距離データＤ３を算出し（Ｓ３２）、第１候補距離データＤ３を計測対象面までの距離として出力する（Ｓ３３）。また、距離出力部６ｆの判定処理によって、干渉光強度データＤ２に基づく値がよいと判定された場合に（Ｓ３１：ＮＯ）、第２候補距離取得部６ｂが第２候補距離データＤ４を算出し（Ｓ３４）、第２候補距離データＤ４を計測対象面までの距離として出力する（Ｓ３５）。このような動作によっても、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、干渉光Ｌ５の光強度を用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、を合算した広い計測対象範囲を得ることができる。
実施形態では、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４をそれぞれ算出し、光強度又はノイズ評価値のいずれかを用いた判定処理によって、第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれかを距離として選択した。例えば、距離出力部６ｆは、これとは異なる処理によって距離を得てもよい。具体的には、図１０に示すように、まず、距離出力部６ｆは、光強度を用いた判定処理によって、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく値がよいか、干渉光強度データＤ２に基づく値がよいかを判定する（Ｓ３１）。このとき、第１候補距離取得部６ａ及び第２候補距離取得部６ｂは、それぞれ第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４を算出していない。距離出力部６ｆの判定処理によって、干渉光スペクトルデータＤ１に基づく値がよいと判定された場合に（Ｓ３１：ＹＥＳ）、第１候補距離取得部６ａが第１候補距離データＤ３を算出し（Ｓ３２）、第１候補距離データＤ３を計測対象面までの距離として出力する（Ｓ３３）。また、距離出力部６ｆの判定処理によって、干渉光強度データＤ２に基づく値がよいと判定された場合に（Ｓ３１：ＮＯ）、第２候補距離取得部６ｂが第２候補距離データＤ４を算出し（Ｓ３４）、第２候補距離データＤ４を計測対象面までの距離として出力する（Ｓ３５）。このような動作によっても、干渉光Ｌ５のスペクトルを用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、干渉光Ｌ５の光強度を用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、を合算した広い計測対象範囲を得ることができる。
【0088】
変形例では、コンピュータ６が干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、干渉光の光強度が閾値以上である場合に、第１候補距離取得部６ａによって第１候補距離データＤ３を得て、第１候補距離データＤ３を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として出力する動作と、干渉光の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離取得部６ｂによって第２候補距離データＤ４を得て、第２候補距離データＤ４を光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として出力する動作と、を実行する。この動作によっても、光ファイバ端面２ａから計測対象物９までの距離として第１候補距離データＤ３及び第２候補距離データＤ４のいずれかを容易に選択することができる。
【0089】
＜実施例＞
実施例として、図２（ｂ）に例示する計測対象物９までの距離を測定した。計測対象物９は、ガラス板であり当該ガラス板をステッピングモータ駆動の電動ステージに配置した。そして、電動ステージに、所定距離だけ移動させる指令を与えると共に移動後のガラス板と光ファイバ端面２ａとの間の距離を計測した。図１１は、計測結果を示すグラフである。横軸は電動ステージの移動量を示し、縦軸は距離計測装置１の出力を示す。この計測は、干渉光のスペクトルを用いて距離を得る手法を採用したものである。グラフＧ１０に示すように、電動ステージの移動量と距離計測装置１の出力値とは、よく一致することを確かめることができた。
実施例として、図２（ｂ）に例示する計測対象物９までの距離を測定した。計測対象物９は、ガラス板であり当該ガラス板をステッピングモータ駆動の電動ステージに配置した。そして、電動ステージに、所定距離だけ移動させる指令を与えると共に移動後のガラス板と光ファイバ端面２ａとの間の距離を計測した。図１１は、計測結果を示すグラフである。横軸は電動ステージの移動量を示し、縦軸は距離計測装置１の出力を示す。この計測は、干渉光のスペクトルを用いて距離を得る手法を採用したものである。グラフＧ１０に示すように、電動ステージの移動量と距離計測装置１の出力値とは、よく一致することを確かめることができた。
【符号の説明】
【0090】
１…距離計測装置、２…光ファイバ、２ａ…光ファイバ端面、６…コンピュータ（距離取得部）６ａ…第１候補距離取得部、６ｂ…第２候補距離取得部、６ｃ，６ｆ…距離出力部、６ｅ…評価値取得部、９…計測対象物、９ａ…計測対象面、９１ａ…気液界面（計測対象面）、Ｌ１…計測光、Ｌ２…照射光、Ｌ３…端面反射光、Ｌ４…戻り光、Ｌ５…干渉光。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】