JP2024033725A - 光干渉測距センサ - Google Patents

Abstract

【課題】副干渉計に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを提供することである。【解決手段】光干渉測距センサ１００は、連続的に波長を変化させながら光を投光する光源１１０と、測定光と参照光とに基づく第１干渉信号を生成する主干渉計１２０と、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１５０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１３０から計測対象物Ｔまでの距離を算出する処理部１７０と、を備え、副干渉計１５１は、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第３ポートＰ３に出射される第１光路Ｌ１と、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第４ポートＰ４に出射されて第２ポートＰ２に入射され、さらに、第３ポートＰ３に出射される第２光路Ｌ１と、を有する、光カプラ１５１ａを含む。【選択図】図１１

Description

本発明は、光干渉測距センサに関する。

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。

このような光干渉測距センサでは、干渉光をサンプリングクロックに基づいてアナログデジタル変換することによって波長掃引による非線形性を補正し、高精度な計測を実現している。特許文献１では、基準干渉計ブロック（副干渉計）において２つの光カプラを用いて異なる光路長の２つの光路を形成し、それぞれ伝搬した波長掃引光の干渉に基づいてサンプリングクロックが生成されることが開示されている。

特開２０２１－３２７３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される基準干渉計ブロック（副干渉計）では、異なる光路長の２つの光路を形成するために２つの光カプラを用いており、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、副干渉計に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光干渉測距センサは、連続的に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、副干渉計は、第１ポートに入射された光源から投光された光のうち、第３ポートに出射される第１光路と、第１ポートに入射された光源から投光された光のうち、第４ポートに出射されて第２ポートに入射され、さらに、第３ポートに出射される第２光路と、を有する、光カプラを含む。

この態様によれば、副干渉計は、１つの光カプラを備え、当該光カプラによって、第１ポートに入射された光のうち、第３ポートに出射される第１光路と、第４ポートに出射されて第２ポートに入射され、さらに、第３ポートに出射される第２光路とを形成する。すなわち、副干渉計は、１つの光カプラを用いて異なる光路長の２つの光路を形成することができている。その結果、副干渉計に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

上記態様において、第３ポートから出射される光信号に基づいて生成される第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを、さらに備えてもよい。

この態様によれば、副干渉計において、ローパスフィルタは、第４ポートに出射されて第２ポートに入射されることが繰り返された後に第３ポートに出射される光の影響により第２干渉信号に現れる高周波成分を逓減する。その結果、副干渉計によって生成される第２干渉信号は、不要なピークが抑制されるため、より高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

本発明の一態様に係る光干渉測距センサは、連続的に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、副干渉計は、光源から投光された光を、直列に配置された第１光学素子及び第２光学素子を順に透過させる第１光路と、光源から投光された光の一部を第２光学素子で第１光学素子側に反射させ、さらに、第２光学素子で反射された光を第１光学素子で第２光学素子側に反射させて、第２光学素子を透過させる第２光路と、を有する。

この態様によれば、副干渉計は、第１光学素子及び第２光学素子を備え、光源から投光された光を、当該第１光学素子及び第２光学素子を順に透過させる第１光路と、当該光の一部を第２光学素子で第１光学素子側に反射させ、さらに、第２光学素子で反射された光を第１光学素子で第２光学素子側に反射させて、第２光学素子を透過させる第２光路とを形成する。すなわち、副干渉計は、光カプラを備えず、第１光学素子及び第２光学素子を用いて異なる光路長の２つの光路を形成することができている。その結果、副干渉計に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

上記態様において、第２光学素子を透過する光信号に基づいて生成される第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを、さらに備えてもよい。

この態様によれば、副干渉計において、ローパスフィルタは、第２光学素子で第１光学素子側に反射させて、さらに第１光学素子で第２光学素子側に反射させることが繰り返された後に第２光学素子を透過する光の影響により第２干渉信号に現れる高周波成分を逓減する。その結果、副干渉計によって生成される第２干渉信号は、不要なピークが抑制されるため、より高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

本発明の一態様に係る光干渉測距センサは、連続的に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、副干渉計は、第１ポートに入射された光源から投光された光のうち、第３ポートから出射された光を第１反射部で反射させて、さらに第３ポートに入射させて、第２ポートから出射させる第１光路と、第１ポートに入射された光源から投光された光のうち、第４ポートから出射された光を第２反射部で反射させて、さらに第４ポートに入射させて、第２ポートから出射させる第２光路と、を有する、光カプラを含む。

この態様によれば、副干渉計は、１つの光カプラを備え、当該光カプラによって、第１ポートに入射された光のうち、第３ポートに出射されて第１反射部により反射され、再び第３ポートに入射されて第２ポートから出射させる第１光路と、第４ポートに出射されて第２反射部により反射され、再び第４ポートに入射されて第２ポートから出射させる第２光路とを形成する。すなわち、副干渉計は、１つの光カプラを用いて異なる光路長の２つの光路を形成することができている。その結果、副干渉計に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

上記態様において、第３ポートから第１反射部までの光路長と、第４ポートから第２反射部までの光路長とは異なってもよい。

この態様によれば、第３ポートから第１反射部までの光路長と、第４ポートから第２反射部までの光路長とは異なっているため、副干渉計は、適切に、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ことができる。

上記態様において、光カプラに入射される光は、分岐比が略同一となるように第３ポートと第４ポートとに分岐されてもよい。

この態様によれば、第３ポートと第４ポートとの分岐比が略同一であるため、第１光路及び第２光路を辿る２つの光に基づいて生成される第２干渉信号は、適切な信号強度を有することができる。その結果、高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

本発明によれば、副干渉計に用いられる光カプラの数を削減し、低コストで実現可能な光干渉測距センサを提供することができる。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図である。 センサヘッド２０の内部構造を示す模式図である。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の第１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。 本発明の第１実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。 副干渉計１５１において、リング状の光路（第２光路Ｌ２）に分岐されることが繰り返されることにより、第２干渉信号に複数のピークが含まれる様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。 副干渉計１５２において、直線状の折り返し光路（第２光学素子１５２ｃと第１光学素子１５２ｂとの間）で反射することが繰り返されることにより、第２干渉信号に複数のピークが含まれる様子を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。 光カプラ１５３ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比に応じて生成される第２干渉信号の信号強度を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る副干渉計の他の具体的構成を示す図である。 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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図２は、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図２に示されるように、当該手順は、ステップＳ１１～Ｓ１４を含む。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

図８は、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８に示されるように、当該方法は、ステップＳ３１～Ｓ３４を含む。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜第１実施形態＞
［光干渉測距センサの構成］
図１０は、本発明の第１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、波長掃引光源１１０と、主干渉計１２０と、センサヘッド１３０と、第１フォトディテクタ１４０と、副干渉計１５０と、第２フォトディテクタ１６０と、処理部１７０とを備え、計測対象物Ｔまでの距離を計測する。

波長掃引光源１１０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１１０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１１０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１２０と副干渉計１５０とに供給される。

主干渉計１２０は、波長掃引光源１１０から投光された光を、光ファイバを介してセンサヘッド１３０に供給し、さらに、センサヘッド１３０からの戻り光を第１フォトディテクタ１４０に導く。

具体的には、主干渉計１２０からセンサヘッド１３０に導かれた光は、測定光として、例えば、センサヘッド１３０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１３０に戻る。

また、主干渉計１２０からセンサヘッド１３０に導かれた光の一部は、参照光として、例えば、主干渉計１２０とセンサヘッド１３０とを接続する光ファイバ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）。

このように、主干渉計１２０は、波長掃引光源１１０から投光された光が供給され、センサヘッド１３０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いて第１干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源１１０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１２０及びセンサヘッド１３０を含めて主干渉計と言うこともできる。

第１フォトディテクタ１４０は、主干渉計１２０によって生成された第１干渉信号を受光し、処理部１７０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。

副干渉計１５０は、波長掃引光源１１０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１５０の具体的な構成については、後述する。

第２フォトディテクタ１６０は、副干渉計１５０によって生成された第２干渉信号を受光する。

処理部１７０は、主干渉計１２０によって生成されて第１フォトディテクタ１４０で受光した第１干渉信号を、副干渉計１５０によって生成されて第２フォトディテクタ１６０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。

具体的には、波長掃引光源１１０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１４０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。

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。

［副干渉計の具体的構成］
以下に、副干渉計１５０の具体的な構成について、詳しく説明する。
図１１は、本発明の第１実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。図１１に示されるように、図１０で示された副干渉計１５０の具体的構成として、副干渉計１５１は、１つの光カプラ１５１ａを備える。

なお、光カプラ１５１ａは、第１ポートＰ１～第４ポートＰ４を有する２×２の光カプラであって、第２ポートＰ２に接続される光ファイバと、第４ポートＰ４に接続される光ファイバとは融着されることでリング状の光路を形成している（リング型）。

波長掃引光源１１０から投光された光が副干渉計１５１に供給され、当該光は、光カプラ１５１ａの第１ポートＰ１に入射される（Ｌ０）。

第１ポートＰ１に入射された光は、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４とに分岐されて出射されるが、ここで、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第３ポートＰ３から出射される光の光路を第１光路Ｌ１とする。

一方で、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第４ポートＰ４に分岐されて出射された光は、再び第２ポートＰ２から光カプラ１５１ａに入射される。そして、当該入射された光のうち、第３ポートＰ３から出射される光の光路を第２光路Ｌ２とする。

このように、副干渉計１５１は、第１光路Ｌ１を辿って光カプラ１５１ａの第３ポートＰ３から出射された光と、第２光路Ｌ２を辿って光カプラ１５１ａの第３ポートＰ３から出射された光とに基づいて、当該第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との光路長差に応じた第２干渉信号を生成する。

以上のように、本発明の第１実施形態に係る光干渉測距センサ１００によれば、副干渉計１５１は、１つの光カプラ１５１ａを備え、当該光カプラ１５１ａによって、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第３ポートＰ３に出射される第１光路Ｌ１と、第４ポートＰ４に出射されて第２ポートＰ２に入射され、さらに、第３ポートＰ３に出射される第２光路Ｌ２とを形成する。すなわち、副干渉計１５１は、１つの光カプラ１５１ａを用いて異なる光路長の２つの光路Ｌ１及びＬ２を形成することができている。その結果、副干渉計１５０に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサ１００を実現することができる。

なお、本実施形態における副干渉計１５１では、リング状の光路が形成されていることにより、第４ポートＰ４から出射されて第２ポートＰ２に入射された光は、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４とに分岐されるが、ここで、第４ポートＰ４に分岐されて出射された光は、再び第２ポートＰ２に入射されることになり、これが繰り返される。すなわち、第１光路Ｌ１と異なる光路長となる第２光路Ｌ２、さらに、リング状の光路を１周、２周、３周・・・して、それぞれ第３ポートＰ３から出射される光があり、それぞれ第１光路Ｌ１との光路長差に応じたピークが第２干渉信号に含まれてしまう可能性がある。

図１２は、副干渉計１５１において、リング状の光路（第２光路Ｌ２）に分岐されることが繰り返されることにより、第２干渉信号に複数のピークが含まれる様子を示す図である。図１２（Ａ）に示されるように、第２干渉信号において、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１周）との光路長差に応じたピークｆ１（信号強度Ｉ１）が現れており、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（２周）との光路長差に応じたピークｆ２（信号強度Ｉ２）が現れている。以降も同様に、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（３周）との光路長差に応じたピークｆ３が現れることになる。

ここで、副干渉計１５１としては、第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを備えるとよい。例えば、光カプラ１５１ａの第３ポートＰ３の後段に、周波数ｆ１を超える高周波成分を逓減させるローパスフィルタを備える。

これにより、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２周以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することができ、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１周）との光路長差に応じたピークｆ１（信号強度Ｉ１）を適切に処理できる第２干渉信号を生成することができる。

さらに、上述したローパスフィルタの機能に応じて、光カプラ１５１ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を設定してもよい。図１２（Ｂ）では、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１周）との光路長差に基づいて生成される第２干渉信号の信号強度、及び上述した第２干渉信号に含まれるピークｆ１（信号強度Ｉ１）と、ピークｆ２（信号強度Ｉ２）とのピーク強度比（Ｉ１／Ｉ２）を示している。

ローパスフィルタの機能に応じて、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２周以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することができている場合には、第２干渉信号の信号強度が大きくなるように、光カプラ１５１ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を設定すればよい。例えば、第３ポートＰ３側の分岐比は、２０％～５０％程度（最適値は、約３５％）となるように設定すればよい。すなわち、光カプラ１５１ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を、３５：６５となるように設定する。

一方で、ローパスフィルタの機能に応じて、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２周以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することが十分にできていない場合には、第２干渉信号に含まれる、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２周以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）の影響を受けないように、光カプラ１５１ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を設定すればよい。

具体的には、ピークｆ１（信号強度Ｉ１）とピークｆ２（信号強度Ｉ２）とのピーク強度比（Ｉ１／Ｉ２）が大きくなるように、第３ポートＰ３の側の分岐比を小さくするとよい（例えば、２０％未満）。そして、第３ポートＰ３の側の分岐比を小さくすることにより第２干渉信号の信号強度が小さくなることについては、光増幅器等を備え、光量を大きくするとよい。

以降、第２及び第３実施形態について説明するが、第２及び第３実施形態に係る光干渉測距センサは、図１０を用いて説明した光干渉測距センサ１００の構成と共通するが、副干渉計１５０の具体的構成が異なる。各実施形態では、第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略又は簡略化し、本発明の第１実施形態と異なる副干渉計１５０の具体的構成について詳しく説明する。

＜第２実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。図１３に示されるように、図１０で示された副干渉計１５０の具体的構成として、副干渉計１５２は、光
ファイバ１５２ａを備え、さらに、当該光ファイバ１５２ａに、第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃを備える。

なお、光ファイバ１５２ａは、波長掃引光源１１０から投光されて副干渉計１５２に供給された光を伝搬し、その光の一部を透過して一部を反射する、例えば、ビームスプリッタなどの第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃを直列に配置し、直線状の光路を形成している（直線型）。なお、ここでは、光ファイバ１５２ａは直線状であるため、副干渉計１５２は、直線型を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、光ファイバ１５２ａの少なくとも一部を曲線状や折れ線状としてもよい。

波長掃引光源１１０から投光された光が副干渉計１５２に供給され、当該光は、光ファイバ１５２ａを伝搬する（Ｌ０）。

第１光学素子１５２ｂまで伝搬された光は、当該第１光学素子１５２ｂを透過し、さらに、光ファイバ１５２ａを伝搬する。そして、第２光学素子１５２ｃまで伝搬した光のうち、その光の一部は、当該第２光学素子１５２ｃを透過する。これを第１光路Ｌ１とする。

一方で、第２光学素子１５２ｃまで伝搬した光のうち、その一部は、当該第２光学素子１５２ｃで第１光学素子１５２ｂ側に反射し、さらに、当該第２光学素子１５２ｃで反射した光は第１光学素子１５２ｂで第２光学素子１５２ｃ側に反射する。そして、第２光学素子１５２ｃまで伝搬した光のうち、その光の一部は、当該第２光学素子１５２ｃを透過する。これを第２光路Ｌ２とする。

このように、副干渉計１５２は、第１光路Ｌ１を辿って第２光学素子１５２ｃを透過した光と、第２光路Ｌ２を辿って第２光学素子１５２ｃを透過した光とに基づいて、当該第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との光路長差に応じた第２干渉信号を生成する。

以上のように、本発明の第２実施形態に係る光干渉測距センサ１００によれば、副干渉計１５２は、第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃを備え、光源１１０から投光された光を、当該第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃを順に透過させる第１光路Ｌ１と、光の一部を第２光学素子１５２ｃで第１光学素子１５２ｂ側に反射させ、さらに、第２光学素子１５２ｃで反射された光を第１光学素子１５２ｂで第２光学素子１５２ｃ側に反射させて、第２光学素子１５２ｃを透過させる第２光路Ｌ２とを形成する。すなわち、副干渉計１５２は、光カプラを備えず、第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃを用いて異なる光路長の２つの光路Ｌ１及びＬ２を形成することができている。その結果、副干渉計１５０に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサ１００を実現することができる。

なお、本実施形態における副干渉計１５２では、第１光学素子１５２ｂと第２光学素子１５２ｃとの間で光が反射して折り返し光路が形成されていることにより、第２光学素子１５２ｃまで伝搬した光のうち一部の光は、第２光学素子１５２ｃで第１光学素子１５２ｂ側に反射され、さらに、当該第１光学素子１５２ｂで第２光学素子１５２ｃ側に反射される。そして、再び第２光学素子１５２ｃまで伝搬することになり、これが繰り返される。すなわち、第１光路Ｌ１と異なる光路長となる第２光路Ｌ２、さらに、折り返し光路を１往復、２往復、３往復・・・して、それぞれ第２光学素子１５２ｃを透過する光があり、それぞれ第１光路Ｌ１との光路長差に応じたピークが第２干渉信号に含まれてしまう可能性がある。

図１４は、副干渉計１５２において、直線状の折り返し光路（第２光学素子１５２ｃと第１光学素子１５２ｂとの間）で反射することが繰り返されることにより、第２干渉信号に複数のピークが含まれる様子を示す図である。図１４（Ａ）に示されるように、第２干渉信号において、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１往復）との光路長差に応じたピークｆ１（信号強度Ｉ１）が現れており、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（２往復）との光路長差に応じたピークｆ２（信号強度Ｉ２）が現れている。以降も同様に、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（３往復）との光路長差に応じたピークｆ３が現れることになる。

ここで、副干渉計１５２としては、第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを備えるとよい。例えば、第２光学素子１５２ｃの後段に、周波数ｆ１を超える高周波成分を逓減させるローパスフィルタを備える。

これにより、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２往復以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することができ、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１往復）との光路長差に応じたピークｆ１（信号強度Ｉ１）を適切に処理できる第２干渉信号を生成することができる。

さらに、上述したローパスフィルタの機能に応じて、第１光学素子１５２ｂ及び第２光学素子１５２ｃにおける透過率を設定してもよい。図１４（Ｂ）では、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２（１往復）との光路長差に基づいて生成される第２干渉信号の信号強度、及び上述した第２干渉信号に含まれるピークｆ１（信号強度Ｉ１）と、ピークｆ２（信号強度Ｉ２）とのピーク強度比（Ｉ１／Ｉ２）を示している。

ここでは、第１光学素子１５２ｂの透過率を７０％に設定（固定）した場合について、説明する。ローパスフィルタの機能に応じて、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２往復以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することができている場合には、第２干渉信号の信号強度が大きくなるように、第２光学素子１５２ｃの透過率を設定すればよい。例えば、第２光学素子１５２ｃの透過率は、５０％～８０％程度（最適値は、約６５％）となるように設定すればよい。すなわち、第１光学素子１５２ｂの透過率を７０％、及び第２光学素子１５２ｃの透過率を６５％となるように設定する。

一方で、ローパスフィルタの機能に応じて、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２往復以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）を抑制することが十分にできていない場合には、第２干渉信号に含まれる、第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２往復以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）の影響を受けないように、第２光学素子１５２ｃの透過率を設定すればよい。

具体的には、ピークｆ１（信号強度Ｉ１）とピークｆ２（信号強度Ｉ２）とのピーク強度比（Ｉ１／Ｉ２）が大きくなるように、第２光学素子１５２ｃの透過率を大きくするとよい（例えば、８０％以上）。そして、第２光学素子１５２ｃの透過率を大きくすることにより第２干渉信号の信号強度が小さくなることについては、光増幅器等を備え、光量を大きくするとよい。

＜第３実施形態＞
図１５は、本発明の第３実施形態に係る副干渉計の具体的構成を示す図である。図１５に示されるように、図１０で示された副干渉計１５０の具体的構成として、副干渉計１５３は、１つの光カプラ１５３ａを備え、さらに、第１反射部１５３ｂ及び第２反射部１５３ｃを備える。

なお、光カプラ１５３ａは、第１ポートＰ１～第４ポートＰ４を有する２×２の光カプラであって、第３ポートＰ３に接続される光ファイバの端部には第１反射部１５３ｂ、第４ポートＰ４に接続される光ファイバの端部には第２反射部１５３ｃが備えられている。

波長掃引光源１１０から投光された光が副干渉計１５１に供給され、当該光は、光カプラ１５３ａの第１ポートＰ１に入射される（Ｌ０）。

第１ポートＰ１に入射された光は、第３ポートＰ３と第４ポートＰ４とに分岐されて出射されるが、第３ポートＰ３から出射された光は、第１反射部１５３ｂで反射されて、さらに第３ポートＰ３に入射する。そして、当該第３ポートＰ３に入射された光は、第２ポートＰ２から出射する。これを第１光路Ｌ１とする。

一方で、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第４ポートＰ４に分岐されて出射された光は、第２反射部１５３ｃで反射されて、さらに第４ポートＰ４に入射する。そして、当該第４ポートＰ４に入射された光は、第２ポートＰ２から出射する。これを第２光路Ｌ２とする。

ここで、第３ポートＰ３から第１反射部１５３ｂまでの光路長と、第４ポートＰ４から第２反射部１５３ｃまでの光路長とは異なるように設定されている。具体的には、第３ポートＰ３に接続される光ファイバと、第４ポートＰ４に接続される光ファイバとを異なる長さに設定するとよい。

このように、副干渉計１５３は、第１光路Ｌ１を辿って光カプラ１５３ａの第２ポートＰ２から出射された光と、第２光路Ｌ２を辿って光カプラ１５３ａの第２ポートＰ２から出射された光とに基づいて、当該第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との光路長差に応じた第２干渉信号を生成する。

以上のように、本発明の第３実施形態に係る光干渉測距センサ１００によれば、副干渉計１５３は、１つの光カプラ１５３ａを備え、当該光カプラ１５３ａによって、第１ポートＰ１に入射された光のうち、第３ポートＰ３に出射されて第１反射部１５３ｂにより反射され、再び第３ポートＰ３に入射されて第２ポートＰ２から出射させる第１光路Ｌ１と、第４ポートＰ４に出射されて第２反射部１５３ｃにより反射され、再び第４ポートＰ４に入射されて第２ポートＰ２から出射させる第２光路Ｌ２とを形成する。すなわち、副干渉計１５３は、１つの光カプラ１５３ａを用いて異なる光路長の２つの光路を形成することができている。その結果、副干渉計１５０に用いられる光カプラの数を削減することにより製造コストを軽減し、高精度な光干渉測距センサを実現することができる。

なお、本実施形態に係る副干渉計１５３では、本発明の第１実施形態で説明した副干渉計１５１での第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２周以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）や本発明の第２実施形態で説明した副干渉計１５２での第１光路Ｌ１と、第２光路Ｌ２（２往復以降）との光路長差に応じた不要なピーク（ｆ２、ｆ３など）は生成されない。

図１６は、光カプラ１５３ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比に応じて生成される第２干渉信号の信号強度を示す図である。図１６に示されるように、第２干渉信号の信号強度が大きくなるように、光カプラ１５３ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を設定すればよい。例えば、第３ポートＰ３側の分岐比は、５０％程度となるように設定すればよい。すなわち、光カプラ１５３ａにおける第３ポートＰ３と第４ポートＰ４との分岐比を、５０：５０となるように設定する。

また、本実施形態において、副干渉計１５３は、第１反射部１５３ｂ及び第２反射部１５３ｃを備えていたが、これらの反射部は、例えば、光ファイバの端部を蒸着窯に入れて金属を蒸着する金属蒸着で実現されるとよいが、これに限定されるものではない。

その他の方法として、例えば、光ファイバの端部を金属でメッキしたり、光ファイバの端部にガラス用のはんだを付けしたり、光ファイバの端部に銀ペーストを付けたりする方法が考えられる。

さらに、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を取り付ける方法を用いてもよい。図１７は、本発明の第３実施形態に係る副干渉計の他の具体的構成を示す図である。図１７に示されるように、図１０で示された副干渉計１５０の具体的構成として、副干渉計１５３は、１つの光カプラ１５３ａを備え、さらに、ＦＢＧ１５３ｄが形成されている。

光カプラ１５３ａは、第１ポートＰ１～第４ポートＰ４を有する２×２の光カプラであって、第３ポートＰ３に接続される光ファイバと、第４ポートＰ４に接続される光ファイバとは融着されることでリング状の光路を形成し、その一部に、ＦＢＧ１５３ｄを形成している。なお、ＦＢＧ１５３ｄは、第３ポートＰ３からＦＢＧ１５３ｄまでの光路長と、第４ポートＰ４からＦＢＧ１５３ｄまでの光路長とが異なるような位置に形成されるとよい。

第３ポートＰ３から出射された光は、ＦＢＧ１５３ｄで反射されて、さらに第３ポートＰ３に入射して第２ポートＰ２から出射する（第１光路Ｌ１）。一方で、第４ポートＰ４から出射された光は、ＦＢＧ１５３ｄで反射されて、さらに第４ポートＰ４に入射して第２ポートＰ２から出射する（第２光路Ｌ２）。

このように、副干渉計１５３は、１つの光カプラ１５３ａを備え、ＦＢＧ１５３ｄを形成することにより、第１光路Ｌ１と第２光路Ｌ２との光路長差に応じた第２干渉信号を生成することができる。

［干渉計の変形例］
上述した各実施形態では、光干渉測距センサ１００は、主干渉計１２０（センサヘッド１３０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。

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１２０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。上述した各実施形態に係る光干渉測距センサ１００の主干渉計１２０の構成であり（フィゾー干渉計）、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。

図１８（ｂ）では、主干渉計１２０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。

図１８（ｃ）では、主干渉計１２０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。

このように、主干渉計は、各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、マイケルソン干渉計やマッハツェンダ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。

なお、本発明の各実施形態では、光干渉測距センサ１００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１１０から投光された光を、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。

以上説明した各実施形態は、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。各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。

［附記１］
連続的に波長を変化させながら光を投光する光源（１１０）と、
前記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、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（１２０）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（１５０，１５１）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（１７０）と、を備え、
前記副干渉計（１５１）は、
第１ポート（Ｐ１）に入射された前記光源から投光された光のうち、第３ポート（Ｐ３）に出射される第１光路（Ｌ１）と、
前記第１ポート（Ｐ１）に入射された前記光源から投光された光のうち、第４ポート（Ｐ４）に出射されて第２ポート（Ｐ２）に入射され、さらに、前記第３ポート（Ｐ３）に出射される第２光路（Ｌ２）と、を有する、
光カプラ（１５１ａ）を含む、
光干渉測距センサ（１００）。

［附記２］
連続的に波長を変化させながら光を投光する光源（１１０）と、
前記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、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（１２０）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（１５０，１５２）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（１７０）と、を備え、
前記副干渉計（１５２）は、
前記光源から投光された光を、直列に配置された第１光学素子（１５２ｂ）及び第２光学素子（１５２ｃ）を順に透過させる第１光路（Ｌ１）と、
前記光源から投光された光の一部を前記第２光学素子（１５２ｃ）で前記第１光学素子（１５２ｂ）側に反射させ、さらに、前記第２光学素子（１５２ｃ）で反射された光を前記第１光学素子（１５２ｂ）で前記第２光学素子（１５２ｃ）側に反射させて、前記第２光学素子（１５２ｃ）を透過させる第２光路（Ｌ２）と、を有する、
光干渉測距センサ（１００）。

［附記３］
連続的に波長を変化させながら光を投光する光源（１１０）と、
前記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、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（１２０）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（１５０，１５３）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（１７０）と、を備え、
前記副干渉計（１５３）は、
第１ポート（Ｐ１）に入射された前記光源から投光された光のうち、第３ポート（Ｐ３）から出射された光を第１反射部（１５３ｂ）で反射させて、さらに第３ポート（Ｐ３）に入射させて、第２ポート（Ｐ２）から出射させる第１光路（Ｌ１）と、
前記第１ポート（Ｐ１）に入射された前記光源から投光された光のうち、第４ポート（Ｐ４）から出射された光を第２反射部（１５３ｃ）で反射させて、さらに第４ポート（Ｐ４）に入射させて、第２ポート（Ｐ２）から出射させる第２光路（Ｌ２）と、を有する、
光カプラ（１５３ａ）を含む、
光干渉測距センサ（１００）。

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…光干渉測距センサ、１１０…波長掃引光源、１２０…主干渉計、１３０…センサヘッド、１４０，１６０…フォトディテクタ、１５０～１５３…副干渉計、１７０…処理部、１５１ａ，１５３ａ…光カプラ、１５２ａ…光ファイバ、１５２ｂ，１５２ｃ…光学素子、１５３ｂ，１５３ｃ…反射部、１５３ｄ…ＦＢＧ、Ｐ１～Ｐ４…ポート、Ｌ１…第１光路、Ｌ２…第２光路、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ…計測対象物

Claims (7)

1. 連続的に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、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、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、
   前記副干渉計は、
   第１ポートに入射された前記光源から投光された光のうち、第３ポートに出射される第１光路と、
   前記第１ポートに入射された前記光源から投光された光のうち、第４ポートに出射されて第２ポートに入射され、さらに、前記第３ポートに出射される第２光路と、を有する、
   光カプラを含む、
   光干渉測距センサ。
2. 前記第３ポートから出射される光信号に基づいて生成される前記第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを、さらに備える、
   請求項１に記載の光干渉測距センサ。
3. 連続的に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、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、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、
   前記副干渉計は、
   前記光源から投光された光を、直列に配置された第１光学素子及び第２光学素子を順に透過させる第１光路と、
   前記光源から投光された光の一部を前記第２光学素子で前記第１光学素子側に反射させ、さらに、前記第２光学素子で反射された光を前記第１光学素子で前記第２光学素子側に反射させて、前記第２光学素子を透過させる第２光路と、を有する、
   光干渉測距センサ。
4. 前記第２光学素子を透過する光信号に基づいて生成される前記第２干渉信号のうち閾値以上の高周波成分を逓減させるローパスフィルタを、さらに備える、
   請求項３に記載の光干渉測距センサ。
5. 連続的に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、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、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、
   前記副干渉計は、
   第１ポートに入射された前記光源から投光された光のうち、第３ポートから出射された光を第１反射部で反射させて、さらに第３ポートに入射させて、第２ポートから出射させる第１光路と、
   前記第１ポートに入射された前記光源から投光された光のうち、第４ポートから出射された光を第２反射部で反射させて、さらに第４ポートに入射させて、第２ポートから出射させる第２光路と、を有する、
   光カプラを含む、
   光干渉測距センサ。
6. 前記第３ポートから前記第１反射部までの光路長と、前記第４ポートから前記第２反射部までの光路長とは異なる、
   請求項５に記載の光干渉測距センサ。
7. 前記光カプラに入射される光は、分岐比が略同一となるように前記第３ポートと前記第４ポートとに分岐される、
   請求項５に記載の光干渉測距センサ。

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