JP2023132774A - 光干渉測距センサ - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物までの計測距離に応じて適切な計測条件を設定可能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、波長を変化させながら光を投光する光源１１０と、光源から投光された光が供給され、センサヘッド１３１により計測対象物Ｔに照射して反射される測定光と、測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく干渉光を生成する干渉計１３０と、干渉計からの干渉光を受光して電気信号に変換する受光部１４０と、受光部によって変換された電気信号に基づいて、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１５０と、干渉計で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッドを判別する判別手段１６０と、判別手段によって判別されたセンサヘッドに対応する計測条件を設定する設定手段１７０と、を備える。【選択図】図１２

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。

特許文献１に記載の光学測定装置では、複数の光ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム成分と、計測対象物の表面で反射された測定ビームの反射成分とを、コヒーレントに干渉させることにより、安定した測定結果を得るようにしている。

特許２６８６１２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される光学測定装置では、計測対象物までの計測距離に応じて、それに対応するセンサヘッド及び計測条件を設定する必要がある。すなわち、計測対象物までの計測距離に応じて、例えば、その計測距離の範囲に対応するセンサヘッドを取り付けるとともに、その都度、適切な計測条件を手動で設定しなければならないという問題がある。

そこで、本発明は、計測対象物までの計測距離に応じて適切な計測条件を設定可能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、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干渉光を生成する干渉計と、干渉計からの干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、受光部によって変換された電気信号に基づいて、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、干渉計で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッドを判別する判別手段と、判別手段によって判別されたセンサヘッドに対応する計測条件を設定する設定手段と、を備える。

この態様によれば、判別手段は、干渉計で生成されるビート信号に基づいてセンサヘッドを判別し、設定手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに対応する計測条件を設定するため、計測対象物までの計測距離に応じて適切な計測条件を設定することができ、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。ユーザにとっては、センサヘッドのタイプを確認したり、それに対応する計測条件を、都度、手動で設定したりする作業が軽減される。

上記態様において、設定手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに基づいて、光源から投光される光について掃引時間当たりの周波数掃引幅で示される掃引割合を調整してもよい。

この態様によれば、設定手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに基づいて、光源から投光される光について掃引割合を調整するため、処理部において処理する回路帯域において、受光部によって受光される干渉光に基づく信号ピークを適切に検出することができる。

上記態様において、受光部によって受光された干渉光を電気信号に変換する際に、サンプリングするために用いられる補正信号を生成する補正信号生成部を、さらに備え、設定手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに基づいて、補正信号の周波数逓倍の度合を調整してもよい。

この態様によれば、設定手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに基づいて、補正信号生成部によって生成される補正信号の周波数逓倍の度合を調整するため、受光部によって受光された干渉光を適切にサンプリングすることができる。その結果、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。

上記態様において、判別手段は、ビート信号のピーク周波数及びピーク数のうち少なくとも一方に基づいて、センサヘッドを判別するしてもよい。

この態様によれば、判別手段は、ビート信号のピーク周波数及びピーク数のうち少なくとも一方に基づいて、センサヘッドを判別するため、ユーザにとっては、センサヘッドのタイプを確認したりする必要がなく、容易に、センサヘッドを判別することができる。

上記態様において、ビート信号は、光源から投光されて干渉計に供給される光の一部が当該干渉計において形成される反射面を有する部材によって反射されることにより生成されてもよい。

この態様によれば、ビート信号は、光源から投光されて干渉計に供給される光の一部が当該干渉計において形成される反射面を有する部材によって反射されることにより生成されるため、ユーザにとっては、センサヘッドのタイプを確認したりする必要がなく、容易に、センサヘッドを判別することができる。

上記態様において、反射面は、センサヘッドの内部に形成されてもよい。

この態様によれば、反射面は、センサヘッドの内部に形成されるため、ユーザにとっては、センサヘッドの取り付け以外の確認や準備等の作業が軽減され、容易に、センサヘッドを判別することができる。

上記態様において、反射面は、センサヘッドに含まれる対物レンズに形成されてもよい。

この態様によれば、反射面は、センサヘッドに含まれる対物レンズに形成されるため、別途、部品等を準備する必要がなく、容易に、センサヘッドを判別することができる。

上記態様において、反射面は、センサヘッドに含まれるコリメートレンズに形成されてもよい。

この態様によれば、射面は、センサヘッドに含まれるコリメートレンズに形成されるため、別途、部品等を準備する必要がなく、容易に、センサヘッドを判別することができる。

上記態様において、反射面は、光源から投光された光をセンサヘッドに供給する光ファイバ内部に形成されてもよい。

この態様によれば、反射面は、光源から投光された光をセンサヘッドに供給する光ファイバ内部に形成されるため、センサヘッドに反射面を形成しなくても、容易に、センサヘッドを判別することができる。

本発明によれば、計測対象物までの計測距離に応じて適切な計測条件を設定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。 計測対象物Ｔまでの計測距離、センサヘッド１３１のタイプ、及び処理部１５０における回路帯域の関係性を示す一具体例である。 短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。 コヒーレントＦＭＣＷを説明するための図である。 センサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ１００の処理の流れを示すフローチャートである。 コリメートレンズを配置することで、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。 センサヘッド１３１内部の構造部品に反射面を構成することで、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。 光ファイバに反射面を構成することで、センサヘッド１３１のタイプを判別可能とする一具体例を示す模式図である。 コントローラ１０１側の光ファイバの先端（端面）に反射面を構成することで、センサヘッド１３１のタイプを判別可能とする一具体例を示す模式図である。 ビート信号におけるピークの数により、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。 ビート信号において検出されるピークの数に応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ１０１の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る光干渉測距センサ２００の構成概要を示す模式図である。 センサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ２００の処理の流れを示すフローチャートである。 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９０：１０～９９：１の割合で光を分岐す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、光分岐部１２０と、干渉計１３０と、受光部１４０と、処理部１５０と、判別手段１６０と、設定手段１７０とを備える。なお、干渉計１３０には、対物レンズ１３２を有するセンサヘッド１３１が含まれ、受光部１４０には、受光素子を含む受光回路１４１及びＡＤ変換部１４２が含まれる。

波長掃引光源１１０、光分岐部１２０、受光部１４０、及び処理部１５０は、コントローラ１０１に含まれる。判別手段１６０及び設定手段１７０は、処理部１５０によって実行される機能として含まれてもよいし、別途、制御部等が備えられ、当該制御部によって実行される機能でもよい。

波長掃引光源１１０は、光分岐部１２０に直接的に又は他の部材（光増幅器５２、アイソレータ５３、光カプラ５４等）を介して間接的に接続され、連続的に波長を変化させながら光を投光する。換言すると、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。

波長掃引光源１１０から投光された光は、光分岐部１２０及び光ファイバを介して干渉計１３０に供給される。

光分岐部１２０は、例えば、光カプラやサーキュレータ等で構成され、波長掃引光源１１０から投光された光を干渉計１３０に供給し、さらに、干渉計１３０からの戻り光を受光部１４０に導く。さらに、光分岐部１２０に２×２の光カプラ等を用いる場合には、他方に分岐された光について、当該光を減衰させて光カプラへの戻り光を軽減するための減衰器等を備えてもよい。

干渉計１３０では、対物レンズ１３２を有するセンサヘッド１３１が含まれ、干渉計１３０に供給された光は、光ファイバを介してセンサヘッド１３１に入力される。センサヘッド１３１に入力された光の一部は、測定光として、対物レンズ１３２を介して計測対象物Ｔに照射され、計測対象物Ｔで反射される。そして、計測対象物Ｔで反射された測定光は、センサヘッド１３１の対物レンズ１３２によって集光されることにより、センサヘッド１３１に入力される。また、センサヘッド１３１に入力された光の他の一部は、参照光として、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、測定光及び参照光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、当該干渉光が干渉計１３０から出力される。

なお、センサヘッド１３１には、光ファイバの先端と対物レンズ１３２との間に配置されたコリメートレンズを有してもよいし、対物レンズ１３２を配置せずにコリメートレンズを配置してもよい。

干渉計１３０から出力された干渉光は、光分岐部１２０を介して受光部１４０によって受光されて電気信号に変換される。具体的には、受光部１４０は、受光素子を含む受光回路１４１及びＡＤ変換部１４２を有し、受光回路１４１は、例えば、フォトディテクタである受光素子を含み、光分岐部１２０から出力される光を受光し、受光量に応じた電気信号に変換する。ＡＤ変換部１４２は、当該電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

処理部１５０は、受光部１４０によって変換されたデジタル信号に基づいてセンサヘッド１３１から計測対象物Ｔまでの距離を算出する。例えば、処理部１５０は、ＦＰＧＡ等の集積回路で実現されるプロセッサであって、入力された各デジタル信号を、ＦＦＴを用いて周波数変換し、それに基づいて計測対象物Ｔまで距離が算出される。

なお、センサヘッド１３１から計測対象物Ｔまでの距離とは、典型的には、センサヘッド１３１の先端から計測対象物Ｔまでの距離であり、処理部１５０は、当該距離を算出するが、これに限定されるものではない。例えば、処理部１５０は、センサヘッド１３１から計測対象物Ｔまでの距離として、センサヘッド１３１に接続される光ファイバの先端から計測対象物Ｔまでの距離、センサヘッド１３１に配置される対物レンズ１３２から計測対象物Ｔまでの距離、又はセンサヘッド１３１内部において予め設定された基準位置から計測対象物Ｔまでの距離等を算出してもよい。

ここで、計測対象物Ｔまでの計測距離、センサヘッド１３１のタイプ、及び処理部１５０における回路帯域について説明する。

図１１は、計測対象物Ｔまでの計測距離、センサヘッド１３１のタイプ、及び処理部１５０における回路帯域の関係性を示す一具体例である。図１１（Ａ）に示されるように、計測対象物Ｔまでの計測距離が短い場合には、計測対象物Ｔに対する焦点距離に基づいて適切な対物レンズ１３２ａを有する短距離タイプのセンサヘッド１３１ａを用いる。一方、図１１（Ｂ）に示されるように、計測対象物Ｔまでの計測距離が長い場合には、計測対象物Ｔに対する焦点距離に基づいて適切な対物レンズ１３２ｂを有する長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる。

図１１（Ａ）において、コントローラ１０１では、受光部１４０によって受光された干渉光に基づいて、処理部１５０は、その信号ピークを検出する。処理部１５０は、当該信号ピークの周波数に基づいて、センサヘッド１３１ａから計測対象物Ｔまでの距離を算出するが、ここで、処理部１５０において計測対象物Ｔまでの距離を適切に算出するためには、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数が当該受光部１４０の回路帯域に入るように、処理部１５０において計測条件を設定する必要がある。すなわち、短距離タイプであるセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件を適切に設定する。

一方、図１１（Ｂ）において、計測対象物Ｔまでの計測距離が長く、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる場合には、処理部１５０では、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数は、高周波数帯で検出されると考えられる。ここで、仮に、上述した短距離タイプに対応する計測条件が設定されていれば、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数を検出できず、処理部１５０においてセンサヘッド１３１ｂから計測対象物Ｔまでの距離を適切に算出できないおそれがある。すなわち、処理部１５０において、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数が当該受光部１４０の回路帯域に入るように、計測条件を長距離タイプに対応して設定する必要がある。

つまり、センサヘッド１３１のタイプが、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａか、又は長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂかを判別し、当該判別されたセンサヘッドのタイプに対応する計測条件を設定する。

［センサヘッドのタイプ判別について］
判別手段１６０は、干渉計１３０で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッド１３１のタイプを判別する。

図１２は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。図１２（Ａ）に示されるように、光ファイバを介してセンサヘッド１３１ａに入力された光の一部は測定光として計測対象物Ｔに照射され、計測対象物Ｔで反射される。そして、センサヘッド１３１ａに入力された光の他の一部は参照光として光ファイバの先端に設けられた参照面１３３ａで反射される。当該測定光及び参照光に基づいて干渉光が生成され、センサヘッド１３１ａから計測対象物Ｔまでの距離が信号ピークとして検出されている。

また、光ファイバを介してセンサヘッド１３１ａに入力された光の他のさらに一部は、対物レンズ１３２ａに形成された反射面１３４ａで反射される。そして、当該反射光及び上述した参照光に基づいてビート信号（干渉光）が生成され、センサヘッド１３１ａ内（具体的には、センサヘッド１３１ａの先端位置ＬＨより参照面１３３ａ側）における対物レンズ１３２ａ（具体的には、反射面１３４ａ）の位置Ｌｐが信号ピークとして検出されている。

なお、対物レンズ１３２ａに形成される反射面１３４ａは、対物レンズ１３２ａの表面に形成されてもよいし、裏面に形成されてもよい。また、反射面１３４ａは、対物レンズ１３２ａに部分反射コーティングを施すことで形成されてもよいし、例えば、反射率が微小な（５％以下程度の）フレネル反射を利用することで形成されてもよい。

同様に、図１２（Ｂ）でも、センサヘッド１３１ｂ内（具体的には、センサヘッド１３１ｂの先端位置ＬＨより参照面１３３ｂ側）における対物レンズ１３２ｂに反射面１３４ｂが形成されており、光ファイバを介してセンサヘッド１３１ｂに入力された光の他のさらに一部は、対物レンズ１３２ｂに形成された反射面１３４ｂで反射される。そして、当該反射光及び上述した参照光に基づいてビート信号（干渉光）が生成され、センサヘッド１３１ｂ内における対物レンズ１３２ｂ（具体的には、反射面１３４ｂ）の位置Ｌｐが信号ピークとして検出されている。

このように、センサヘッド１３１ａ又はセンサヘッド１３１ｂを含む干渉計１３０によってビート信号が生成され、当該ビート信号は、受光部１４０によって受光されて、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）で示されるように信号ピークを検出する。

判別手段１６０は、例えば、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ内に配置される対物レンズ１３２ａと、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂ内に配置される対物レンズ１３２ｂとを異なる位置に配置することによって、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

［センサヘッドのタイプに対応する計測条件について］
設定手段１７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する。図１１に戻り、図１１（Ｂ）に示されるように、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数が高周波数帯であって、当該受光部１４０の回路帯域に入るように、処理部１５０において設定される計測条件として、例えば、波長掃引光源１１０の掃引割合を調整する。

ここで、掃引割合とは、掃引時間当たりの周波数掃引幅で示され、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式における周波数掃引幅と掃引時間とに基づいて、掃引割合α＝δｆ／Ｔ（δｆ：周波数掃引幅、Ｔ：掃引時間）で算出される。コヒーレントＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）について詳しく説明する。

図１３は、コヒーレントＦＭＣＷを説明するための図である。上述したように、波長掃引光源１１０から連続的に波長（周波数）を変化させながら光が投光され、計測対象物Ｔを照射して反射される測定光と、光ファイバの先端である参照面で反射される参照光との光路長差に基づいて干渉光が発生する。

図１３に示されるように、波長掃引光源１１０から投光された光について、測定光は、参照光から光路長差分だけ遅延することによって干渉が発生する。そして、測定光と参照光との周波数の差であるビート周波数を有するビート信号（干渉光）として、受光部１４０によって受光される。ビート周波数ｆｂ＝δｆ／Ｔ・２Ｌｎ／ｃで求められる（δｆ：周波数掃引幅、Ｔ：掃引時間、Ｌ：光ファイバ先端（参照面）から計測対象物Ｔまでの距離、ｎ：光路差中の屈折率、ｃ：光速）。

再び、図１１に戻り、図１１（Ｂ）に示されるように、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数（ビート周波数）が当該受光部１４０の回路帯域に入るように、処理部１５０において設定される計測条件について、掃引割合α（δｆ／Ｔ）を小さくなるように調整すればよい。

［センサヘッドのタイプに対応する計測条件設定方法］
次に、センサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法について、その処理の流れについて具体的に説明する。

図１４は、センサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ１００の処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示されるように、計測条件設定方法Ｍ１００は、ステップＳ１１０～Ｓ１５０を含み、各ステップは、光干渉測距センサ１００に含まれるプロセッサによって実行される。

ステップＳ１１０において、判別手段１６０は、センサヘッドの先端位置ＬＨまでの範囲内で、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークを検出する。

ステップＳ１２０において、判別手段１６０は、ステップＳ１１０で検出された信号ピークに対応する距離Ｌｐを算出する。

ステップＳ１３０において、判別手段１６０は、ステップＳ１２０で算出された距離（位置）Ｌｐに基づいて、短距離タイプとして設定されたセンサヘッド１３１ａか、長距離タイプとして設定されたセンサヘッド１３１ｂかを判別する。

具体例としては、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａでは、予め、Ｌｐ＝Ｌ１となるように、例えば、対物レンズ１３２ａ（反射面１３４ａ）を配置し、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂでは、予め、Ｌｐ＝Ｌ２となるように、例えば、対物レンズ１３２ｂ（反射面１３４ｂ）を配置しておく。ここで、ステップＳ１２０で算出された距離Ｌｐについて、｜Ｌｐ－Ｌ１｜と｜Ｌｐ－Ｌ２｜とを比較することにより、ＬｐがＬ１又はＬ２のどちらに近いか（相当するか）を判定している。

ステップＳ１３０で距離ＬｐがＬ１に相当すると判定された場合（ステップＳ１３０でＹｅｓ）、判別手段１６０は、センサヘッド１３１として用いられているのは、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａであると判別する。そして、ステップＳ１４０において、設定手段１７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段１７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α１を設定する。

一方、ステップＳ１３０で距離ＬｐがＬ２に相当すると判定された場合（ステップＳ１３０でＮｏ）、判別手段１６０は、センサヘッド１３１として用いられているのは、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂであると判別する。そして、ステップＳ１５０において、設定手段１７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段１７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α２を設定する。

なお、計測条件設定方法Ｍ１００は、計測対象物Ｔを計測する際に計測条件を設定するタイミングで、例えば、計測開始前に実行されてもよいし、計測対象物Ｔを計測する毎に１回１回実行されてもよい。

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、判別手段１６０は、干渉計１３０で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッド１３１のタイプについて短距離タイプか長距離タイプかを判別する。そして、設定手段１７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件として掃引割合を調整する。これにより、計測対象物Ｔまでの計測距離に応じて適切な計測条件を設定することができ、計測対象物Ｔまでの計測距離を適切に計測することができる。ユーザにとっては、センサヘッド１３１のタイプを確認したり、それに対応する計測条件を、都度、手動で設定したりする作業が軽減される。

なお、図１２を用いて説明したセンサヘッド１３１ａ及び１３１ｂでは、光ファイバの先端と対物レンズ１３２ａ及び１３２ｂとの間にコリメートレンズが配置される構成としていた。これにより、対物レンズ１３２ａ及び１３２ｂへの入射光はコリメート光であるため、対物レンズ１３２ａ及び１３２ｂのうち、反射面１３４ａ及び１３４ｂを形成する位置に関して自由度が高い。

また、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ及び長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂは、図１２に示された構成に限定されるものではなく、干渉計１３０で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッド１３１のタイプを判別可能な構成であれば、その他の構成であってもよい。以下に、センサヘッド１３１のタイプを判別可能な構成について例示する。

［センサヘッド１３１のタイプが識別可能な具体例］
（具体例１）
図１５は、コリメートレンズを配置することで、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。図１５に示されるように、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ及び長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに、対物レンズを配置せずに、それぞれコリメートレンズ１３５ａ及び１３５ｂを配置している。

コリメートレンズ１３５ａ及び１３５ｂの一部には、光ファイバを介してセンサヘッド１３１ａ及び１３１ｂに入力された光の一部を反射する反射面１３６ａ及び１３６ｂがそれぞれ形成されている。

そして、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ内に配置されるコリメートレンズ１３５ａと、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂ内に配置されるコリメートレンズ１３５ｂとを異なる位置に配置することによって、判別手段１６０は、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

図１５を用いて説明したセンサヘッド１３１ａ及び１３１ｂでは、対物レンズを配置せずに簡素な構成であるため、ビート信号のピークを容易に検出することができる。

（具体例２）
図１６は、センサヘッド１３１内部の構造部品に反射面を構成することで、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。図１６に示されるように、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ及び長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂにおいて、それぞれの筐体内部の所定部品１３７ａ及び１３７ｂを配置している。

所定部品１３７ａ及び１３７ｂは、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ及び長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂそれぞれの筐体内部において、光ファイバを介してセンサヘッド１３１ａ及び１３１ｂに入力された光の一部を反射するように形成されている。

そして、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ内に配置される所定部品１３７ａと、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂ内に配置される所定部品１３７ｂとを異なる位置に配置することによって、判別手段１６０は、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

図１６を用いて説明したセンサヘッド１３１ａ及び１３１ｂでは、コリメートレンズや対物レンズに反射面を形成する必要がなく、センサヘッド１３１ａ及び１３１ｂに入力された光の一部を反射するように所定部品１３７ａ及び１３７ｂを配置するだけで、ビート信号のピークを容易に検出することができる。

なお、所定部品１３７ａ及び１３７ｂは、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ及び長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを構成する部品の一部を利用してもよいし、ビート信号のピークを生成するための部品として別途形成されてもよい。

（具体例３）
図１７Ａは、光ファイバに反射面を構成することで、センサヘッド１３１のタイプを判別可能とする一具体例を示す模式図である。図１７Ａに示されるように、センサヘッド１３１の内部ではなく、センサヘッド１３１に光を供給する光ファイバの内部に反射面１３８を形成している。具体的には、反射面１３８は、光ファイバの連結部分に部分反射コーティングを施すことで形成されるとよい。

例えば、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ又は長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる際に、接続される光ファイバにおいて、それぞれ異なる位置に反射面１３８を形成するようにすれば、判別手段１６０は、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

なお、例えば、フィゾー干渉計の場合は、光ファイバの先端（端面）が光路差０の位置とされるため、ビート信号のピークは、当該光路差０の位置からセンサヘッド１３１の先端側に折り返して現れることになる。

図１７Ｂは、コントローラ１０１側の光ファイバの先端（端面）に反射面を構成することで、センサヘッド１３１のタイプを判別可能とする一具体例を示す模式図である。図１７Ｂに示されるように、センサヘッド１３１の内部ではなく、センサヘッド１３１に光を供給する光ファイバのコントローラ１０１側の先端（端面）に反射面１３９を形成している。具体的には、反射面１３９は、コントローラ１０１側の光ファイバの先端（端面）に部分反射コーティングを施すことで形成されるとよい。

なお、例えば、フィゾー干渉計の場合は、光ファイバの先端（端面）が光路差０の位置とされるため、ビート信号のピークは、当該光路差０の位置から光路長分だけセンサヘッド１３１の先端側に折り返して現れることになる。

これを利用して、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ又は長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる際に、長さ（光路長）の異なる光ファイバを用いるようにすれば、判別手段１６０は、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

上述のように、コリメートレンズ、対物レンズ及びその他構成部品を含むセンサヘッド１３１の内部、また、光ファイバの内部及び端面に反射面を形成し、干渉計１３０においてビート信号を生成する。短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ又は長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる際に、ビート信号において異なるピークを検出するように構成すれば、判別手段１６０は、ビート信号のピークに応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

なお、ビート信号において異なるピークを検出するように構成する場合、図１２、及び図１５～図１７を用いて説明した構成を組み合わせてもよい。例えば、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａを用いる場合には、センサヘッド１３１ａ内部に所定部品１３７ａを配置し（図１６）、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂを用いる場合には、光ファイバの内部に反射面１３８を形成する（図１７Ａ）等である。

（具体例４）
図１８は、ビート信号におけるピークの数により、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド１３１の一具体例を示す模式図である。図１８に示されるように、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａと長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂとで異なる構成とし、干渉計１３０において生成されるビート信号のピークの周波数（位置、距離）ではなく、ピークの数に応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別する。

具体的には、図１８（Ａ）に示されるように、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａは、コリメートレンズ１３５ａ及び対物レンズ１３２ａを有する。光ファイバを介してセンサヘッド１３１ａに入力された光の一部は、コリメートレンズ１３５ａに形成された反射面１３６ａ及び対物レンズ１３２ａに形成された反射面１３４ａで反射される。そして、これらの反射光それぞれと、光ファイバの先端に設けられた参照面１３３ａで反射される参照光とに基づいて、ビート信号（干渉光）が生成される。その結果、センサヘッド１３１ａ内（具体的には、センサヘッド１３１ａの先端位置ＬＨより参照面１３３ａ側）において、コリメートレンズ１３５ａ（具体的には、反射面１３６ａ）の位置Ｌｐ１、及び対物レンズ１３２ａ（具体的には、反射面１３４ａ）の位置Ｌｐ２が信号ピークとして検出されている。

一方、図１８（Ｂ）に示されるように、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂは、コリメートレンズ１３５ｂを有し、対物レンズを有していない。光ファイバを介してセンサヘッド１３１ｂに入力された光の一部は、コリメートレンズ１３５ｂに形成された反射面１３６ｂで反射される。そして、当該反射光と、光ファイバの先端に設けられた参照面１３３ｂで反射される参照光とに基づいて、ビート信号（干渉光）が生成される。その結果、センサヘッド１３１ｂ内（具体的には、センサヘッド１３１ｂの先端位置ＬＨより参照面１３３ｂ側）において、コリメートレンズ１３５ｂ（具体的には、反射面１３６ｂ）の位置Ｌｐが信号ピークとして検出されている。

このように、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａはコリメートレンズ１３５ａ及び対物レンズ１３２ａを有し、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂはコリメートレンズ１３５ｂを有することによって、判別手段１６０は、ビート信号において検出されるピークの数に応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別することができる。

図１９は、ビート信号において検出されるピークの数に応じてセンサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ１０１の処理の流れを示すフローチャートである。図１９に示されるように、計測条件設定方法Ｍ１０１は、ステップＳ１１１、Ｓ１３１、Ｓ１４０及びＳ１５０を含み、各ステップは、光干渉測距センサ１００に含まれるプロセッサによって実行される。

ステップＳ１１１において、判別手段１６０は、センサヘッドの先端位置ＬＨまでの範囲内で、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークを検出する。例えば、判別手段１６０は、信号強度が所定値以上の信号ピークを検出するとよい。

ステップＳ１３１において、判別手段１６０は、ステップＳ１１１で検出された信号ピーク数を判定する。

具体例としては、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａでは、予め、信号ピーク数＝２となるように、コリメートレンズ１３５ａ及び対物レンズ１３２ａを配置し（例えば、図１８（Ａ））、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂでは、予め、信号ピーク数＝１となるように、コリメートレンズ１３５ｂ（例えば、図１８（Ｂ））を配置しておく。

そして、判別手段１６０は、ステップＳ１１１で検出された信号ピーク数について、信号ピーク数＝２か否かを判定し、短距離タイプとして設定されたセンサヘッド１３１ａか、長距離タイプとして設定されたセンサヘッド１３１ｂかを判別する。

ステップＳ１３１で信号ピーク数＝２であると判定された場合（ステップＳ１３１でＹｅｓ）、判別手段１６０は、センサヘッド１３１として用いられているのは、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａであると判別する。そして、ステップＳ１４０において、設定手段１７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段１７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α１を設定する。

一方、ステップＳ１３１で信号ピーク数＝２でないと判定された場合（ステップＳ１３１でＮｏ）、判別手段１６０は、センサヘッド１３１として用いられているのは、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂであると判別する。そして、ステップＳ１５０において、設定手段１７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段１７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α２を設定する。

なお、本実実施形態では、判別手段１６０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａ、又は長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂのいずれのタイプのセンサヘッドが用いられているかを判別していたが、１つのセンサヘッド１３１において短距離タイプ及び長距離タイプを切り替えて用いることができるセンサヘッドを判別することを含む。例えば、１つのセンサヘッド１３１において、コリメートレンズ、対物レンズ、及び筐体内部の所定部品の構成を変更（配置、追加及び削除）することによって、短距離タイプ及び長距離タイプを切り替え可能なセンサヘッド１３１を用いた場合であっても、判別手段１６０は、センサヘッド１３１を判別する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態では、第１実施形態で説明した掃引割合に替えて、又は加えて他の計測条件を設定する設定手段について説明する。本実施形態では、第１実施形態に係る光干渉測距センサ１００と同一の構成については、図面において、同一の参照符号を付すことによって詳細な説明は省略し、主に、第１実施形態と異なる構成について説明する。

図２０は、本発明の第２実施形態に係る光干渉測距センサ２００の構成概要を示す模式図である。図２０に示されるように、光干渉測距センサ２００は、波長掃引光源１１０と、光分岐部１２０と、干渉計１３０と、受光部１４０と、処理部１５０と、判別手段１６０と、設定手段２７０とを備える。なお、干渉計１３０には、対物レンズ１３２を有するセンサヘッド１３１が含まれ、受光部１４０には、受光素子を含む受光回路１４１及びＡＤ変換部１４２が含まれる。さらに、光干渉測距センサ２００は、波長掃引光源１１０から投光された光を、主干渉計（干渉計１３０）と副干渉計とに分岐する光分岐部１２１（例えば、光カプラ）を備える。

副干渉計とは、図５Ａ、図５Ｂ及び図７を用いて説明したように、波長掃引光源１１０の掃引時における波長の非線形性を補正するためのものであり、補正信号生成部２１０は、Ｋクロックと呼ばれる補正信号を生成し、ＡＤ変換部１４２に出力する。ＡＤ変換部１４２では、干渉計１３０から受光された干渉光が、当該補正信号に基づいてＡＤ変換（サンプリング）されるため、波長掃引光源１１０の掃引時における波長の非線形性が補正される。

処理部１５０は、ＡＤ変換部１４２によってＡＤ変換されたデジタル信号に基づいて、センサヘッド１３１から計測対象物Ｔまでの距離を算出するが、このとき、ＡＤ変換部１４２によってＡＤ変換される際のサンプリング点数が不足していると、適切に算出できない場合がある。すなわち、適切に計測対象物Ｔまでの距離を算出するために、ＡＤ変換部１４２によってＡＤ変換される信号において、その１周期当たりに適切なサンプリング点数を取得する必要がある。

ここで、本発明の第１実施形態で説明したように、計測対象物Ｔまでの計測距離が短い場合には、判別手段１６０によって短距離タイプのセンサヘッド１３１ａが用いられていると判別され、計測対象物Ｔまでの計測距離が長い場合には、判別手段１６０によって長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂが用いられていると判別される。

設定手段２７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッド１３１のタイプに基づいて、補正信号の周波数逓倍の度合を調整するように補正信号生成部２１０を制御する。例えば、設定手段２７０は、判別手段１６０によって短距離タイプのセンサヘッド１３１ａが用いられていると判別された場合には、補正信号の周波数を４逓倍にしたり、判別手段１６０によって長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂが用いられていると判別された場合には、補正信号の周波数を８逓倍にしたりすればよい。

なお、補正信号の周波数は、４逓倍及び８逓倍に限定されるものではなく、適切に計測対象物Ｔまでの距離を算出するために、ＡＤ変換部１４２によってＡＤ変換される信号において適切なサンプリング点数を取得できる逓倍の度合に調整すればよい。

さらに、補正信号の周波数逓倍の度合を調整する際には、本発明の第１実施形態で説明した波長掃引光源１１０の掃引割合を考慮してもよい。例えば、受光部１４０によって受光される干渉光に基づく信号ピークの周波数が当該受光部１４０の回路帯域に入るように、処理部１５０において設定される計測条件として、例えば、波長掃引光源１１０の掃引割合を調整した場合には、それに応じて、補正信号の周波数逓倍の度合を調整してもよい。

［センサヘッドのタイプに対応する計測条件設定方法］
次に、センサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法について、その処理の流れについて具体的に説明する。

図２１は、センサヘッド１３１のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件を設定する計測条件設定方法Ｍ２００の処理の流れを示すフローチャートである。図２１に示されるように、計測条件設定方法Ｍ２００は、ステップＳ１１０～Ｓ１３０、Ｓ２４０及びＳ２５０を含み、各ステップは、光干渉測距センサ１００に含まれるプロセッサによって実行される。

ステップＳ１１０～Ｓ１３０は、本発明の第１実施形態における計測条件設定方法Ｍ１００と同様である。

判別手段１６０によってセンサヘッド１３１として用いられているのは、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａであると判別された場合（ステップＳ１３０でＹｅｓ）、ステップＳ２４０において、設定手段２７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段２７０は、短距離タイプのセンサヘッド１３１ａに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α１を設定し、補正信号の周波数逓倍Ｍ１を設定する。

一方、判別手段１６０によってセンサヘッド１３１として用いられているのは、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂであると判別された場合（ステップＳ１３０でＮｏ）、ステップＳ２５０において、設定手段２７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件を設定する。具体例としては、設定手段２７０は、長距離タイプのセンサヘッド１３１ｂに対応する計測条件として、波長掃引光源１１０の掃引割合α２を設定し、補正信号の周波数逓倍Ｍ２を設定する。

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２００によれば、判別手段１６０は、干渉計１３０で生成されるビート信号に基づいて、センサヘッド１３１のタイプについて短距離タイプか長距離タイプかを判別する。そして、設定手段２７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッド１３１のタイプに対応する計測条件として掃引割合に替えて、又は加えて補正信号の周波数逓倍の度合を調整する。これにより、計測対象物Ｔまでの計測距離に応じて適切な計測条件を設定することができ、計測対象物Ｔまでの計測距離を適切に計測することができる。ユーザにとっては、センサヘッド１３１のタイプを確認したり、それに対応する計測条件を、都度、手動で設定したりする作業が軽減される。

［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及び２００は、干渉計１３０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２２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２２（ａ）では、光分岐部１２０によって分岐された光路において、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及び２００の干渉計１３０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２２（ｂ）では、光分岐部１２０によって分岐された光路において、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２２（ｃ）では、光分岐部１２０によって分岐された光路において、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、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及び２００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。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

［附記］
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干渉光を生成する干渉計（１３０）と、
前記干渉計からの干渉光を受光して電気信号に変換する受光部（１４０）と、
前記受光部によって変換された電気信号に基づいて、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（１５０）と、
前記干渉計で生成されるビート信号に基づいて、前記センサヘッドを判別する判別手段（１６０）と、
前記判別手段によって判別された前記センサヘッドに対応する計測条件を設定する設定手段（１７０）と、を備える、
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、１００，２００…光干渉測距センサ、１０１…コントローラ、１１０…波長掃引光源、１２０，１２１…光分岐部、１３０…干渉計、１３１，１３１ａ，１３１ｂ…センサヘッド、１３２，１３２ａ，１３２ｂ…対物レンズ、１３３ａ，１３３ｂ…参照面、１３４ａ，１３４ｂ，１３６ａ，１３６ｂ，１３８，１３９…反射面、１３５ａ，１３５ｂ…コリメートレンズ、１３７ａ，１３７ｂ…所定部品、１４０…受光部、１４１…受光回路、１４２…ＡＤ変換部、１５０…処理部、１６０…判別手段、１７０，２７０…設定手段、２１０…補正信号生成部、Ｔ…計測対象物、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路

Claims (9)

1. 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干渉光を生成する干渉計と、
   前記干渉計からの干渉光を受光して電気信号に変換する受光部と、
   前記受光部によって変換された電気信号に基づいて、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、
   前記干渉計で生成されるビート信号に基づいて、前記センサヘッドを判別する判別手段と、
   前記判別手段によって判別された前記センサヘッドに対応する計測条件を設定する設定手段と、を備える、
   光干渉測距センサ。
2. 前記設定手段は、前記判別手段によって判別された前記センサヘッドに基づいて、前記光源から投光される光について掃引時間当たりの周波数掃引幅で示される掃引割合を調整する、
   請求項１に記載の光干渉測距センサ。
3. 前記受光部によって受光された干渉光を電気信号に変換する際に、サンプリングするために用いられる補正信号を生成する補正信号生成部を、さらに備え、
   前記設定手段は、前記判別手段によって判別された前記センサヘッドに基づいて、前記補正信号の周波数逓倍の度合を調整する、
   請求項１又は２に記載の光干渉測距センサ。
4. 前記判別手段は、前記ビート信号のピーク周波数及びピーク数のうち少なくとも一方に基づいて、前記センサヘッドを判別する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
5. 前記ビート信号は、前記光源から投光されて前記干渉計に供給される光の一部が当該干渉計において形成される反射面を有する部材によって反射されることにより生成される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
6. 前記反射面は、前記センサヘッドの内部に形成されている、
   請求項５に記載の光干渉測距センサ。
7. 前記反射面は、前記センサヘッドに含まれる対物レンズに形成されている、
   請求項６に記載の光干渉測距センサ。
8. 前記反射面は、前記センサヘッドに含まれるコリメートレンズに形成されている、
   請求項６又は７に記載の光干渉測距センサ。
9. 前記反射面は、前記光源から投光された光を前記センサヘッドに供給する光ファイバ内部に形成されている、
   請求項５から８のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
   

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