CN114514409A - 光距离测定装置以及加工装置 - Google Patents

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Abstract

光距离测定装置(101)具有：光路长度计算部(15)，其根据第1光学系统(6)接收到的第1反射光和分支部(3)分支出的参照光，计算从第1光学系统的出射面到测定对象物(107)的反射面的第1光路长度，根据被反射部(8)反射且由第2光学系统(7)接收到的第2反射光和分支部(3)分支出的参照光，计算从第2光学系统(7)的出射面到反射部(8)的反射面的第2光路长度；以及距离计算部(16)，其根据光路长度计算部(15)测定出的第2光路长度，计算空间(108)的折射率，根据该折射率和光路长度计算部(15)测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统(6)的出射面到测定对象物(107)的反射面的距离。

Description

光距离测定装置以及加工装置
技术领域
本发明主要涉及光距离测定装置。
背景技术
以往，已知有使用光源射出的光来测定从该光的光路中的规定位置到测定对象物的位置的距离的光距离测定装置(例如，参照专利文献1)。光距离测定装置为了测定该距离而使用的方式例如是脉冲传播方式、三角测距方式、共焦方式、白色干涉方式或波长扫描干涉方式等方式。这些方式中的白色干涉方式和波长扫描干涉方式等方式是使用光的干涉现象的干涉方式。
干涉方式是如下方式：将光源射出的光分支成测定光和参照光，通过使测定光被测定对象物反射后的光即反射光与参照光干涉而生成干涉光，根据该干涉光，计算从测定光的光路中的规定位置到测定对象物的位置的光路长度。
例如，在谱域方式等白色干涉方式中，使用射出宽频带光的光源。白色干涉方式的光距离测定装置通过利用分光器对干涉光进行分光，生成在空间上按照每个频率分离的干涉光，根据该干涉光，计算从测定光的光路中的规定位置到测定对象物的位置的光路长度。
此外，例如，在波长扫描干涉方式中，使用波长随着时间的经过而发生变化的波长扫描光。波长扫描干涉方式的光距离测定装置根据通过使波长扫描光的反射光与波长扫描光的参照光干涉而生成的干涉光，计算从测定光的光路中的规定位置到测定对象物的位置的光路长度。
光路长度等于折射率与实际的距离之积。因此，上述的光距离测定装置计算出的光路长度需要根据从测定光的光路中的规定位置到测定对象物的位置为止测定光通过的物质的折射率，换算成从测定光的光路中的规定位置到测定对象物的位置的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-2604号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，由于在从对测定对象物照射测定光的光学元件到反射该测定光的测定对象物之间的空间的折射率发生变化的情况下，变化后的折射率与为了将光路长度换算成距离而使用的折射率将会不同，因此，存在距离的测定精度降低这样的问题。另外，以下将该空间称作距离测定空间。
例如，距离测定空间中的空气的折射率根据该空气的温度而发生变化。此外，上述空间中的空气的折射率根据气压的变化而发生变化。此外，在光距离测定装置设置于对测定对象物进行加工的加工装置的情况下，在加工中，加工油的雾在距离测定空间中飞溅，距离测定空间的折射率发生变化。
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种光距离测定装置，能够抑制由于距离测定空间的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
用于解决课题的手段
本发明的光距离测定装置具有：分支部，其将激光分支成测定光和参照光；测定光分支部，其将分支部分支出的测定光分支成第1测定光和第2测定光；第1光学系统，其将测定光分支部分支出的第1测定光照射到测定对象物，接收被该测定对象物反射后的第1反射光；第2光学系统，其将测定光分支部分支出的第2测定光朝向第1光学系统与测定对象物之间的空间射出；反射部，其将由第2光学系统射出且通过空间后的第2测定光朝向第2光学系统反射；光路长度计算部，其根据第1光学系统接收到的第1反射光和分支部分支出的参照光，计算从第1光学系统的出射面到测定对象物的反射面的第1光路长度，根据被反射部反射且由第2光学系统接收到的第2反射光和分支部分支出的参照光，计算从第2光学系统的出射面到所述反射部的反射面的第2光路长度；以及距离计算部，其根据光路长度计算部测定出的第2光路长度，计算空间的折射率，根据该折射率和光路长度计算部测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统的出射面到所述测定对象物的反射面的距离。
发明效果
根据本发明，能够抑制由于距离测定空间的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
附图说明
[图1]图1是示出具有实施方式1的光距离测定装置的加工装置的结构的图。
[图2]图2是示出实施方式1的光距离测定装置的分析部的距离测定方法的流程图。
[图3]图3A是示出实现分析部的功能的硬件结构的框图。图3B是示出执行实现分析部的功能的软件的硬件结构的框图。
[图4]图4A是示出光发送部射出的第1测定光被反射部反射的情形的图。图4B是示出光干涉部中的干涉前的参照光和干涉前的第1反射光的各波形的曲线图。图4C是示出差频的频谱的曲线图。图4D是示出图4A所示的各情况下的差频的频谱的曲线图。
[图5]图5是放大图1所示的光距离测定装置中的第1光学系统、第2光学系统和反射部后的图。
[图6]图6A是示出光距离测定装置具有在空间上将测定光分支成第1测定光和第2测定光的光学元件的情况下的、光干涉部中的第1干涉光的频谱和第2干涉光的频谱的曲线图。图6B是示出光距离测定装置具有在时间上将测定光分支成第1测定光和第2测定光的光开关的情况下的、光干涉部中的第1干涉光的频谱和第2干涉光的频谱的曲线图。
[图7]图7是示出具有实施方式2的光距离测定装置的加工装置的结构的图。
具体实施方式
以下，为了更详细地说明本发明，按照附图说明具体实施方式。
实施方式1
图1是示出具有实施方式1的光距离测定装置101的加工装置100的结构的图。另外，在实施方式1中，对光距离测定装置101设置于加工装置100的结构进行说明，但光距离测定装置101也可以设置于加工装置100以外的装置。
例如，光距离测定装置101使用的方式是波长扫描干涉方式，适用于医疗用途的波长扫描型光学相干断层仪(SS-OCT：Swept Source-Optical Coherence Tomography)(春名正光、“光学相干层析成像仪(OCT)”、[online]、平成22年、MEDICAL PHOTONICS、[平成31年2月4日检索]、互联网〈URL：http://www.medicalphotonics.jp/pdf/mp0001/0001_029.pdf〉)。
如图1所示，加工装置100具有光距离测定装置101、加工控制部102和加工部103。光距离测定装置101具有波长扫描光输出部104、光发送部105和信号处理部106。
首先，对波长扫描光输出部104的结构进行说明。波长扫描光输出部104具有激光光源1和扫描部2。
激光光源1射出连续波的激光。激光光源1射出的激光被引导至扫描部2。实施方式1的激光光源1例如是射出规定的中心频率的激光的气体激光器或半导体激光器等光源。
另外，在实施方式1中，对光距离测定装置101具有激光光源1的结构进行说明，但光距离测定装置101也可以不具有激光光源1。在该情况下，光距离测定装置101使用具有激光光源1的外部激光产生装置射出的激光。
扫描部2设置于激光光源1射出的激光的光路上。扫描部2通过对激光光源射出的激光进行波长扫描，生成扫描光。扫描部2生成的扫描光是频率随着时间经过而发生变化的连续波的激光。扫描部2生成并射出的扫描光被引导至分支部3。
另外，在实施方式1中，对光距离测定装置101具有包含激光光源1和扫描部2的波长扫描光输出部104的结构进行说明，但光距离测定装置101也可以不具有波长扫描光输出部104。在该情况下，光距离测定装置101也可以使用具有激光光源1和扫描部2的外部扫描光产生装置射出的扫描光。
接着，对光发送部105的结构进行说明。光发送部105具有分支部3、光环行器4、测定光分支部5、第1光学系统6、第2光学系统7、反射部8和延迟调整部9。
分支部3设置于扫描部2射出的扫描光的光路上。分支部3将扫描部2波长扫描后的扫描光分支成测定光和参照光。更详细而言，分支部3通过对扫描部2波长扫描后的连续波的激光即扫描光进行分支，分别生成连续波的激光即测定光和参照光。分支部3生成的测定光被引导至光环行器4。此外，分支部3生成的参照光被引导至延迟调整部9。
分支部3例如是光耦合器。此外，分支部3生成的测定光通过被后述的测定光分支部5进一步分支而成为多个测定光。该多个测定光可能相互干涉。因此，分支部3生成的测定光的强度优选充分低于分支部3生成的参照光的强度，以达到该多个测定光彼此的干涉不会对后述的距离测定空间108的距离测定带来影响的程度。
另外，光距离测定装置101也可以具有能够高速地切换激光的光路的光开关，作为分支部3。在该情况下，该光开关通过将扫描光的光路切换成从该光开关到光环行器4的光路而将测定光引导至光环行器4，或者通过将扫描光的光路切换成从该光开关到延迟调整部9的光路而将参照光引导至延迟调整部9。
光环行器4设置于分支部3生成的测定光的光路上。光环行器4将分支部3生成的测定光引导至测定光分支部5。光环行器4例如是3端口光环行器。
测定光分支部5设置于光环行器4射出的测定光的光路上。测定光分支部5将分支部3生成的测定光分支成第1测定光和第2测定光。更详细而言，测定光分支部5通过对分支部3生成的连续波的激光即测定光进行分支，分别生成连续波的激光即第1测定光和第2测定光。测定光分支部5生成的第1测定光被引导至第1光学系统6。此外，测定光分支部5生成的第2测定光被引导至第2光学系统7。
在实施方式1中，如后所述，第2光学系统7由多个光学元件10构成。因此，在实施方式1中，测定光分支部5通过对分支部3生成的测定光进行分支，生成第1测定光和与多个光学元件10的数量相同数量的第2测定光。
第1光学系统6设置于测定光分支部5射出的第1测定光的光路上。在实施方式1中，第1光学系统6与后述的加工部103一起构成加工头部110。加工头部110在加工部103对测定对象物107进行加工时，根据加工控制部102的控制，相对于测定对象物107相对地移动。第1光学系统6将测定光分支部5分支出的第1测定光照射到测定对象物107，接收被该测定对象物107反射后的第1反射光。
更详细而言，第1光学系统6例如由至少1个以上的透镜构成。作为该透镜的例子，可举出使激光透过及折射的透过透镜或利用反射镜的反射透镜等。第1光学系统6例如通过这些透镜扩大第1测定光的光束直径，将光束直径扩大后的第1测定光照射到测定对象物107。
照射到测定对象物107的第1测定光被测定对象物107反射。接着，第1光学系统6接收被测定对象物107反射后的第1反射光。接着，第1光学系统6接收到的第1反射光被引导至测定光分支部5，并被引导至光环行器4。接着，光环行器4将由测定光分支部5引导的第1反射光引导至后述的光干涉部11。
第2光学系统7设置于测定光分支部5射出的第2测定光的光路上。第2光学系统7将测定光分支部5分支出的第2测定光朝向第1光学系统6与测定对象物107之间的空间即距离测定空间108射出。
在实施方式1中，第2光学系统7由多个光学元件10构成。多个光学元件10沿着与第1光学系统6的光轴平行的轴排列。此外，多个光学元件10的各光轴与第1光学系统的光轴正交。多个光学元件10分别将测定光分支部5分支出的第2测定光朝向距离测定空间108射出。
更详细而言，光学元件10例如是透镜，第2光学系统7例如由至少1个以上的透镜构成。作为该透镜的例子，可举出使激光透过及折射的透过透镜或利用反射镜的反射透镜等。第2光学系统7例如通过这些透镜扩大第2测定光的光束直径，将光束直径扩大后的第2测定光朝向距离测定空间108射出。
反射部8设置于第2光学系统7射出的第2测定光的光路上。反射部8将由第2光学系统7射出且通过距离测定空间108后的第2测定光朝向第2光学系统7反射。反射部8例如是反射镜。
更详细而言，在实施方式1中，反射部8以反射面与多个光学元件10的各光轴垂直的方式设置。因此，反射部8能够将由光学元件10射出且通过距离测定空间108后的第2测定光朝向该光学元件10反射。
第2光学系统7接收第2测定光被反射部8反射后的光即第2反射光。在实施方式1中，多个光学元件10分别接收射出的第2测定光被反射部8反射后的光即第2反射光。接着，第2光学系统7接收到的第2反射光被引导至测定光分支部5，并被引导至光环行器4。接着，光环行器4将由测定光分支部5引导的第2反射光引导至光干涉部11。
延迟调整部9设置于分支部3射出的参照光的光路上。延迟调整部9调整从分支部3到光干涉部11的参照光的路径长度与从分支部3经过测定对象物107或反射部8到光干涉部11的测定光的路径长度之差。由此，延迟调整部9调整光干涉部11中的参照光与第1反射光或第2反射光的频率差。延迟调整部9射出的参照光被引导至光干涉部11。
接着，对信号处理部106的结构进行说明。信号处理部106具有光干涉部11、光电转换部12、数字转换部13和分析部109。
光干涉部11设置于光环行器4射出的第1反射光及第2反射光的各光路与延迟调整部9射出的参照光的光路相交的位置。光干涉部11通过使第1光学系统6接收到的第1反射光与分支部3分支出的参照光干涉，生成第1干涉光。在实施方式1中，光干涉部11通过使光环行器4射出的第1反射光与延迟调整部9射出的参照光干涉，生成第1干涉光。
此外，光干涉部11通过使第2测定光被反射部8反射且由第2光学系统7接收到的第2反射光与分支部3分支出的参照光干涉，生成第2干涉光。在实施方式1中，光干涉部11通过使光环行器4射出的第2反射光与延迟调整部9射出的参照光干涉，生成第2干涉光。
光干涉部11例如是如下的90度光混合器：通过将第1反射光和参照光合成而生成第1干涉光，通过将第2反射光和参照光合成而生成第2干涉光。或者，光干涉部11例如是光耦合器。
光电转换部12设置于光干涉部11射出的第1干涉光和第2干涉光的光路上。光电转换部12通过对光干涉部11生成的第1干涉光进行光电转换，生成表示第1干涉光的波形的第1模拟信号。此外，光电转换部12通过对光干涉部11生成的第2干涉光进行光电转换，生成表示第2干涉光的波形的第2模拟信号。
在实施方式1中，对光距离测定装置101具有上述光干涉部11和光电转换部12的结构进行说明，但不限于该结构。例如，光距离测定装置101也可以具有平衡型光接收用光电二极管来代替光干涉部11和光电转换部12。该平衡型光接收用光电二极管例如具有通过接收第1反射光而生成第1信号的光电二极管和通过接收参照光而生成第2信号的光电二极管，该平衡型光接收用光电二极管根据该第1信号和该第2信号，生成表示第1反射光与参照光的强度之差的位移信号。另外，使用该位移信号的距离测定方法是公知的技术，因此省略详细的说明。
数字转换部13通过对光电转换部12生成的第1模拟信号进行A/D转换，生成表示第1干涉光的波形的第1数字信号。此外，数字转换部13通过对光电转换部12生成的第2模拟信号进行A/D转换，生成表示第2干涉光的波形的第2数字信号。
分析部109具有强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16。强度测定部14根据数字转换部13生成的第1数字信号，测定第1干涉光的每个频率的强度。强度测定部14将测定出的第1干涉光的每个频率的强度输出到光路长度计算部15。
更详细而言，强度测定部14例如通过对数字转换部13生成的第1数字信号进行傅里叶变换，测定第1干涉光的每个频率的强度。
此外，强度测定部14根据数字转换部13生成的第2数字信号，测定第2干涉光的每个频率的强度。强度测定部14将测定出的第2干涉光的每个频率的强度输出到光路长度计算部15。
更详细而言，强度测定部14例如通过对数字转换部13生成的第2数字信号进行傅里叶变换，测定第2干涉光的每个频率的强度。
光路长度计算部15根据第1光学系统6接收到的第1反射光和分支部3分支出的参照光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。光路长度计算部15将计算出的第1光路长度输出到距离计算部16。
更详细而言，光路长度计算部15根据光干涉部11生成的第1干涉光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。更详细而言，在实施方式1中，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第1干涉光的每个频率的强度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。
此外，光路长度计算部15根据第2光学系统接收到的第2反射光和分支部3分支出的参照光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。光路长度计算部15将计算出的第2光路长度输出到距离计算部16。
更详细而言，光路长度计算部15根据光干涉部11生成的第2干涉光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。更详细而言，在实施方式1中，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第2干涉光的每个频率的强度，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。
距离计算部16根据光路长度计算部15测定出的第2光路长度，计算距离测定空间108的折射率，根据该折射率和光路长度计算部15测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。距离计算部16将计算出的距离输出到加工控制部102。
另外，除了上述距离之外，距离计算部16还可以计算从分支部3射出的测定光的光路上的规定位置或者从测定光分支部5射出的第1测定光的光路上的规定位置到测定对象物107的反射面的距离。该规定位置例如是分支部3的位置、光环行器4的位置或者测定光分支部5的位置。
光干涉部11生成的第1干涉光包含基于与从分支部3到测定对象物107的反射面的距离对应的频率差而产生的干涉光。然后，在该情况下，距离计算部16根据基于上述的第2光路长度而计算出的距离测定空间108的折射率、从分支部3到第1光学系统6的出射面的折射率和光路长度计算部15基于该干涉光而测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离和从分支部3到第1光学系统6的出射面的距离。距离计算部16通过求出计算出的这些距离之和，计算从分支部3到测定对象物107的反射面的距离。
加工控制部102根据光距离测定装置101测定出的距离对加工部103进行控制，以使加工部103对测定对象物107进行加工。加工部103根据加工控制部102的控制，对测定对象物107进行加工。在实施方式1中，加工部103通过根据加工控制部102的控制对测定对象物107照射激光，对测定对象物107进行加工。但是，加工部103不限于该结构。例如，加工部103也可以通过根据加工控制部102的控制对测定对象物107进行研磨或切削，对测定对象物107进行加工。
接着，参照附图，对实施方式1的光距离测定装置101的分析部109的距离测定方法进行说明。图2是示出光距离测定装置101的分析部109的距离测定方法的流程图。另外，在分析部109执行图2所示的距离测定方法之前，强度测定部14从数字转换部13取得第1数字信号和第2数字信号。
如图2所示，强度测定部14根据数字转换部13生成的第1数字信号，测定第1干涉光的每个频率的强度，根据数字转换部13生成的第2数字信号，测定第2干涉光的每个频率的强度(步骤ST1)。
接着，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第1干涉光的每个频率的强度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，根据强度测定部14测定出的第2干涉光的每个频率的强度，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度(步骤ST2)。
接着，距离计算部16根据光路长度计算部15测定出的第2光路长度，计算距离测定空间108的折射率(步骤ST3)。
接着，距离计算部16根据在步骤ST3中计算出的折射率和光路长度计算部15测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离(步骤ST4)。
另外，加工控制部102根据在步骤ST4中距离计算部16计算出的距离对加工部103进行控制，以使加工部103对测定对象物107进行加工。
分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能通过处理电路来实现。即，分析部109具有用于执行图2所示的步骤ST1～步骤ST4的处理的处理电路。该处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中存储的程序的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)。
图3A是示出实现分析部109的功能的硬件结构的框图。图3B是示出执行实现分析部109的功能的软件的硬件结构的框图。
在上述处理电路是图3A所示的专用硬件的处理电路111的情况下，处理电路111例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或者它们的组合。
可以由不同的处理电路来实现分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能，也可以将这些功能汇总而由1个处理电路来实现。
在上述处理电路是图3B所示的处理器112的情况下，分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能通过软件、固件或者软件与固件的组合来实现。
另外，软件或固件被描述为程序，存储于存储器113。
处理器112通过读出并执行存储器113中存储的程序，实现分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能。即，分析部109具有存储器113，该存储器113用于存储在由处理器112执行时最终执行图2所示的步骤ST1～步骤ST4的处理的程序。
这些程序使计算机执行分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16的过程或方法。存储器113也可以是存储有用于使计算机作为分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16发挥功能的程序的计算机可读存储介质。
存储器113例如是RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically-EPROM：电可擦除可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD等。
关于分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能，也可以由专用硬件来实现一部分，由软件或者固件来实现一部分。
例如，强度测定部14由作为专用硬件的处理电路来实现功能。关于光路长度计算部15和距离计算部16，也可以通过处理器112读出并执行存储器113中存储的程序来实现功能。
这样，处理电路能够通过硬件、软件、固件或者它们的组合来分别实现上述功能。
接着，参照附图，对实施方式1的光距离测定装置101的距离测定方法的第1具体例进行说明。图4A是示出光发送部105射出的第1测定光被测定对象物107反射的情形的图。图4A示出在从光发送部105到测定对象物107的距离为X1的情况下光发送部105向测定对象物107照射第1测定光的第1例、在从光发送部105到测定对象物107的距离为X2的情况下光发送部105向测定对象物107照射第1测定光的第2例、以及在从光发送部105到测定对象物107的距离为X3的情况下光发送部105向测定对象物107照射第1测定光的第3例。另外，这里的从光发送部105到测定对象物107的距离是指从分支部3射出的测定光的光路上的规定位置或从测定光分支部5射出的第1测定光的光路上的规定位置到测定对象物107的反射面的距离。
图4B是示出从光发送部105到测定对象物107的距离为上述的X2的第2情况下的光干涉部11中的干涉前的参照光和干涉前的第1反射光的各波形的曲线图。纵轴表示频率(Hz)，横轴表示经过时间(sec)。
与扫描光同样，光干涉部11中的参照光和第1反射光的频率分别由于扫描部2对激光进行波长扫描而随着时间经过发生变化。另外，在该第1具体例中，设扫描部2射出的扫描光中的每单位时间的频率变化的值是已知的。
光干涉部11中的第1反射光根据光发送部105与测定对象物107之间的距离而相对于参照光延迟。因此，如图4B所示，光干涉部11中的第1反射光相对于参照光延迟时间ΔT2的量。
在上述的步骤ST1中，强度测定部14根据表示由上述参照光和第1反射光生成的第1干涉光的波形的第1数字信号，测定第1干涉光的每个频率的强度。例如，参照光的最大频率和第1反射光的最大频率分别是THz量级的较高频率。在该情况下，在对测定光进行受光和检波的一般装置中，很难对这样的高频率的光进行直接检波。
因此，在该第1具体例中，光干涉部11通过对参照光和第1反射光进行4光波混合，生成差频作为干涉光。在图4B所示的例子中，该差频是将时刻T1的参照光的频率Fr与第1反射光的频率F2的频率差ΔF2设为中心频率的干涉光。该ΔF2的量级被抑制到几MHz量级，因此，该ΔF2能够由一般的平衡型光接收用光电二极管这样的装置充分地测定。
图4C是示出强度测定部14在图4B所示的时刻T1基于表示该差频的波形的第1数字信号而测定出的该差频的频谱的曲线图。纵轴表示强度(dBm)，横轴表示频率。如图4C所示，差频的频谱的中心频率为上述的ΔF2。
而且，如图4B所示，该ΔF2与光干涉部11中的第1反射光相对于参照光的延迟ΔT2成比例，该ΔT2与从光发送部105到测定对象物107的距离X2成比例。
因此，在上述步骤ST2中，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的差频的每个频率的强度，检测该差频的中心频率ΔF2，根据该ΔF2和与图4B所示的参照光及第1反射光的各曲线图的斜率相当的扫描光的扫描速度，计算光干涉部11中的第1反射光相对于参照光的延迟ΔT2。然后，光路长度计算部15根据该ΔT2，计算从光发送部105到测定对象物107的第1光路长度。然后，在上述步骤ST4中，距离计算部16根据该第1光路长度计算距离X2。
图4D是示出在图4A所示的各情况下基于第1数字信号而测定出的差频的频谱的曲线图。纵轴表示强度(dBm)，横轴表示频率(Hz)。
如图4A所示，在光发送部105与测定对象物之间的距离为比X2短的X1的情况下，如图4D所示，差频的中心频率ΔF1比光发送部105与测定对象物107之间的距离为X2的情况下的上述差频的中心频率ΔF2低。在该情况下，光干涉部11中的第1反射光相对于参照光的延迟比光发送部105与测定对象物107之间的距离为X2的情况下的上述延迟ΔT2小。
此外，如图4A所示，在光发送部105与测定对象物之间的距离为比X2长的X3的情况下，如图4D所示，差频的中心频率ΔF3比光发送部105与测定对象物107之间的距离为X2的情况下的上述差频的中心频率ΔF2高。在该情况下，光干涉部11中的第1反射光相对于参照光的延迟比光发送部105与测定对象物107之间的距离为X2的情况下的上述延迟ΔT2大。
接着，参照附图，对实施方式1的光距离测定装置101的距离测定方法的第2具体例进行说明。图5是放大图1所示的光距离测定装置101中的第1光学系统6、第2光学系统7和反射部8的图。另外，在图5中，将与第1光学系统6射出的第1测定光的光轴平行的方向设为Z轴方向，与第2光学系统7射出的第2测定光的光轴平行的方向设为X轴方向。
在加工部103对测定对象物107的加工中，在距离测定空间108中，由于空气的温度变化或加工油的雾的飞溅等而沿着Z轴方向产生折射率不同的折射率分布。因此，在该第2具体例中，距离计算部16计算该折射率分布。
如图5所示，设第1光学系统6与测定对象物107之间的距离测定空间108由沿着第1光学系统6的光轴排列的多个区域构成。更详细而言，在该第2具体例中，距离测定空间108被m分割成分割后的m个区域沿着第1光学系统6的光轴排列。另外，m为2以上的正整数。
在该第2具体例中，第2光学系统7由分别以射出的第2测定光的光轴通过上述多个区域中的对应区域的方式设置的多个光学元件10构成。多个光学元件10分别将第2测定光朝向上述多个区域中的对应区域射出，接收被反射部8反射后的第2反射光。
更详细而言，多个光学元件10是m个光学元件。m个光学元件10分别以射出的第2测定光的光轴通过m个区域中的对应区域的方式设置。
此外，光干涉部11通过使多个光学元件10接收到的每个区域的第2反射光与分支部3分支出的参照光干涉，生成每个区域的第2干涉光。光路长度计算部15根据光干涉部11生成的每个区域的第2干涉光，计算各区域的第2光路长度。
此外，距离计算部16根据光路长度计算部15计算出的各区域的第2光路长度计算各区域的折射率，根据该各区域的折射率计算距离测定空间108的平均折射率，根据该平均折射率和光路长度计算部15计算出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
以下，更详细地说明该第2具体例中的距离计算部16的距离计算方法。在该方法中，将各区域的折射率设为n1、n2、n3……nm，各区域的Z轴方向的长度设为Lz1、Lz2、Lz3……Lzm，各区域的X轴方向上的长度设为Lx1、Lx2、Lx3……Lxm。另外，这里的各区域的X轴方向的长度是从各光学元件10的出射面到反射部8的反射面的距离。此外，这里的“长度”不是光路长度，而是实际的距离。这些值在加工部103对测定对象物107进行加工之前预先测定。
更详细而言，首先，如图5所示，多个光学元件10以多个光学元件10沿着与第1光学系统6的光轴平行的轴排列的方式设置，反射部8以反射部8的反射面与多个光学元件10的各光轴垂直的方式设置。接着，在距离测定空间108中的折射率均匀的状态下，光距离测定装置101通过与上述的方法同样的方法，计算从多个光学元件10的各出射面到反射部8的反射面的距离即各区域的X轴方向的长度、和从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的照射面的距离。
更详细而言，在该处理中，距离测定空间108中的均匀的折射率是已知的，光距离测定装置101的距离计算部16根据该折射率和光路长度计算部15测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。此外，距离计算部16根据该折射率和光路长度计算部15测定出的第2光路长度，计算从多个光学元件10的各出射面到反射部8的反射面的距离即各区域的X轴方向的长度。此外，光距离测定装置101根据计算出的从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的照射面的距离，计算各区域的Z轴方向的长度。即，在加工部103对测定对象物107进行加工之前，由光距离测定装置101测定上述的Lx1、Lx2、Lx3……Lxm和Lz1、Lz2、Lz3……Lzm。另外，由于从多个光学元件10的各出射面到反射部8的反射面的距离即各区域的X轴方向的长度基本上不发生变化，因此，也可以预先通过其他方法来计算或测定。
在如上所述测定出用于校正的数据之后，开始加工部103对测定对象物107的加工。如上所述，在加工部103对测定对象物107的加工中，在距离测定空间108中，沿着Z轴方向产生折射率不同的折射率分布。当在距离测定空间中产生了这样的折射率分布的情况下，光距离测定装置101对距离的测定精度将会降低。因此，光距离测定装置101通过以下说明的方法，计算加工部103对测定对象物107的加工中的、从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
如上所述，由于光路长度等于折射率与距离之积，因此，光路长度计算部15计算的第2光路长度使用1以上且m以下的整数i如下述的式(1)那样表示。
Lmeasure，xi＝niLxi……(1)
在式(1)中，Lmeasure，xi表示光路长度计算部15计算出的各区域的X轴方向的光路长度。Lxi是如上所述预先测定出的各区域的X轴方向的长度。根据式(1)，各区域的折射率如下述的式(2)那样表示。
Figure BDA0003588985320000151
如式(2)所示，距离计算部16根据在加工部103对测定对象物107的加工之前预先测定出的Lxi与在加工部103对测定对象物107的加工中光路长度计算部15计算出的第2光路长度Lmeasure，xi的比率，计算各区域的折射率。此外，各区域的Z轴方向的长度合计如下述的式(3)那样表示。
Figure BDA0003588985320000152
在式(3)中，Lzi表示如上所述预先测定出的各区域的Z轴方向的长度，Lz0表示根据该Lzi计算出的从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。当将距离测定空间108的平均折射率nave定义为利用该各区域的Z轴方向的长度Lzi对式(2)的各区域的折射率ni进行加权而得到的加权平均时，下述的式(4)成立。
Figure BDA0003588985320000153
如上述的式(4)所示，距离计算部16根据计算出的各区域的折射率ni和如上所述预先测定出的Lzi，计算距离测定空间108的平均折射率nave。
此外，如下述的式(5)所示，各区域的Z轴方向的光路长度的合计即从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度Lmeasure，z等于距离测定空间108的平均折射率nave与从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离LZ之积。
Lmeasure，z＝naveLz……(5)
当对式(5)进行变形时，如下述的式(6)那样表示。
Figure BDA0003588985320000161
如上述的式(6)所示，距离计算部16根据计算出的平均折射率nave和光路长度计算部15计算出的第1光路长度Lmeasure，z，计算加工部103对测定对象物107的加工中的从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离LZ。
此外，在上述的第2具体例中，在预计距离测定空间108中的折射率分布根据Z轴方向的位置而连续地发生变化的情况下，距离计算部16也可以通过将各区域的折射率用作拟合参数，通过拟合来导出根据Z轴方向的位置而连续地发生变化的折射率的函数。在该情况下，距离计算部16也可以通过对该函数进行积分而不是通过式(4)那样的单纯的加权平均，计算距离测定空间108的平均折射率。
另外，一般而言，在使用光的距离测定中，在从开始距离测定到结束为止的期间内，距离测定空间108中的折射率因温度的变化或者空气以外的物质浓度的变化而发生变化的程度非常小。
更详细而言，一般来讲，射出波长扫描光的光源广泛使用扫描速度为kHz量级以上的光源。当在光距离测定装置101的波长扫描光输出部104中使用这样的光源的情况下，光距离测定装置101能够在1秒内进行1000次的距离测定。在光距离测定装置101进行1次的距离测定所需的0.001秒的期间内，在距离测定空间108中，温度的变化或由对流引起的折射率发生变化的程度非常小。
因此，光距离测定装置101通过进行使用波长扫描光输出部104、多个光学元件10和反射部8等光学部件的光的距离测定，能够逐一测定距离测定空间108的发生变化的折射率。因此，光距离测定装置101能够根据该折射率，逐一测定从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
以下，对距离测定空间108中的折射率变化的模拟结果进行说明。在该模拟中，设测定对象物107的反射面被油膜层覆盖，距离测定空间108由该油膜层和从该油膜层的第1光学系统6侧的表面到第1光学系统6的出射面的空气层构成。
设沿着第1光学系统6的光轴的方向的该空气层的厚度为0.8m，设沿着第1光学系统6的光轴的方向的该油膜层的厚度为0.001m。此外，设空气层的折射率的温度依赖性为3.7×10^-6，设油膜层的折射率的温度依赖性为3.3×10^-4。
在光距离测定装置101输出千瓦级的高输出加工激光的情况下，加工头部110整体因杂散光而温度上升。因此，在加工部103对测定对象物107的加工中，关于空气层的温度，假设第1光学系统6侧的厚度为0.4m的层的温度为80度，测定对象物107侧的厚度为0.4m的层的温度为40℃，假设油膜层的温度为40℃。在该情况下测定的、从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的光路长度与在距离测定空间108的温度为常温25℃的情况下测定的、从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的光路长度之差假设是108.1μm。光距离测定装置101能够通过上述的方法校正其差分，由此，能够准确地测定加工部103对测定对象物107的加工中的从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
另外，作为上述模拟中的空气的折射率的温度依赖性的值，使用了Ciddor式。此外，作为上述模拟中的油膜的折射率的温度依赖性的值，使用了甲苯的物性值。通常，甲苯本身不会用作加工油，但由于物性值的例子大量积累而得到使用。
接着，对实施方式1的光距离测定装置101的变形例进行说明。光干涉部11中的基于第1反射光的第1干涉光和基于第2反射光的第2干涉光需要充分地分离到光路长度计算部15能够检测各干涉光的中心频率的程度。
因此，例如考虑使用耦合器对入射到光干涉部11的第1反射光和第2反射光进行分支的方法。在该方法中，光干涉部11需要调整第1反射光的光路的长度和第2反射光的光路的长度，以使在充分地分离到第1反射光与第2反射光不发生干涉的程度的位置处，能够同时进行第1反射光与参照光的干涉、以及第2反射光与参照光的干涉。但是，在该方法中，第1反射光的光路变长调整第1反射光的光路长度的量，由此，光距离测定装置101能够测定的距离的范围有可能变窄。
因此，在该变形例中，光距离测定装置101具有能够高速地切换测定光的光路的光开关，作为测定光分支部5。该光开关通过将测定光的光路切换成从该光开关到第1光学系统6的光路，将第1测定光引导至第1光学系统6，或者通过将测定光的光路切换成从该光开关到第2光学系统7的光路，将第2测定光引导至第2光学系统7。另外，该光开关以比波长扫描光输出部104射出的扫描光的扫描频率少的频度进行切换。
由此，第1反射光和第2反射光在时间上分离而不是在空间上分离，光干涉部11能够分别在不同的时间进行第1反射光与参照光的干涉、以及第2反射光与参照光的干涉，第1干涉光和第2干涉光在时间上分离。因此，光路长度计算部15能够准确地检测各干涉光的中心频率。因此，距离计算部16能够准确地测定从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
图6A是示出光距离测定装置101具有在空间上将测定光分支成第1测定光和第2测定光的光学元件作为测定光分支部5的情况下的、光干涉部11中的第1干涉光的频谱和第2干涉光的频谱的曲线图。在图6A中，纵轴表示强度，横轴表示频率。另外，在图6A中，与构成第2光学系统7的多个光学元件10中的2个光学元件10对应地示出2个第2干涉光的频谱。
第1干涉光的频谱P、第2干涉光的频谱Q和第2干涉光的频谱R需要充分地分离到光路长度计算部15能够检测各干涉光的中心频率的程度。
图6B是示出光距离测定装置101具有在时间上将测定光分支成第1测定光和第2测定光的光开关作为测定光分支部5的情况下的、光干涉部11中的第1干涉光的频谱和第2干涉光的频谱的曲线图。在图6B中，各曲线图的纵轴表示强度，各曲线图的横轴表示频率。
图6B的左侧的曲线图示出光开关通过将测定光的光路切换成从该光开关到第1光学系统6的光路而将第1测定光引导至第1光学系统6的情况下的、光干涉部11中的第1干涉光的频谱。
图6B的正中间的曲线图示出光开关通过将测定光的光路切换成从该光开关到多个光学元件10中的第1光学元件的光路而将第2测定光引导至该第1光学元件的情况下的、光干涉部11中的第2干涉光的频谱。
图6B的右侧的曲线图示出光开关通过将测定光的光路切换成从该光开关到多个光学元件10中的第2光学元件的光路而将第2测定光引导至该第2光学元件的情况下的、光干涉部11中的第2干涉光的频谱。
如图6B所示，第1干涉光和第2干涉光在时间上分离。因此，光路长度计算部15能够准确地检测各干涉光的中心频率，距离计算部16能够准确地测定从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
如上所述，实施方式1的光距离测定装置101具有：分支部3，其将激光分支成测定光和参照光；测定光分支部5，其将分支部3分支出的测定光分支成第1测定光和第2测定光；第1光学系统6，其将测定光分支部5分支出的第1测定光照射到测定对象物，接收被该测定对象物反射后的第1反射光；第2光学系统7，其将测定光分支部5分支出的第2测定光朝向第1光学系统6与测定对象物107之间的距离测定空间108射出；反射部8，其将由第2光学系统7射出且通过距离测定空间108后的第2测定光朝向第2光学系统7反射；以及光路长度计算部15，其根据第1光学系统6接收到的第1反射光和分支部3分支出的参照光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，根据被反射部8反射且由第2光学系统7接收到的第2反射光和分支部3分支出的参照光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度；以及距离计算部16，其根据光路长度计算部15测定出的第2光路长度，计算距离测定空间108的折射率，根据该折射率和光路长度计算部15测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
根据上述结构，根据从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度，计算距离测定空间108的折射率，根据该折射率和从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。由此，在距离测定空间108的折射率发生变化的情况下，能够根据测定出的距离测定空间108的折射率，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。因此，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
此外，实施方式1的光距离测定装置101还具有光干涉部11，该光干涉部11通过使第1光学系统6接收到的第1反射光与分支部3分支出的参照光干涉而生成第1干涉光，通过使第2测定光被反射部8反射且由第2光学系统7接收到的第2反射光与分支部3分支出的参照光干涉而生成第2干涉光，光路长度计算部15根据光干涉部11生成的第1干涉光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，根据光干涉部11生成的第2干涉光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。
根据上述结构，能够根据第1反射光与参照光的第1干涉光，适当地计算第1光路长度，能够根据第2反射光与参照光的第2干涉光，适当地计算第2光路长度。因此，能够适当地计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
此外，在实施方式1的光距离测定装置101中，距离测定空间108由沿着第1光学系统6的光轴排列的多个区域构成，第2光学系统7由分别以射出的第2测定光的光轴通过多个区域中的对应区域的方式设置的多个光学元件10构成，多个光学元件10分别将第2测定光朝向多个区域中的对应区域射出，接收被反射部反射后的第2反射光，光干涉部11通过使多个光学元件10接收到的每个区域的第2反射光与参照光干涉，生成每个区域的第2干涉光，光路长度计算部15根据光干涉部11生成的每个区域的第2干涉光，计算各区域的第2光路长度，距离计算部16根据光路长度计算部15计算出的各区域的第2光路长度计算各区域的折射率，根据该各区域的折射率计算距离测定空间108的平均折射率，根据该平均折射率和第1光路长度，计算从光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
根据上述结构，计算各区域的第2光路长度。然后，根据各区域的第2光路长度计算各区域的折射率，根据该各区域的折射率和从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。由此，在距离测定空间108的折射率发生变化且在距离测定空间108中产生折射率分布的情况下，能够根据测定出的距离测定空间108中的各区域的折射率，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。因此，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化且在距离测定空间中产生折射率分布而导致距离的测定精度降低。
此外，在实施方式1的光距离测定装置101中，激光是波长扫描而成的扫描光，光干涉部11通过使第1反射光与参照光干涉，生成第1差频作为第1干涉光，通过使第2反射光与参照光干涉，生成第2差频作为第2干涉光，光路长度计算部15根据光干涉部11生成的第1差频计算第1光路长度，根据光干涉部11生成的第2差频计算第2光路长度。
根据上述结构，能够根据作为第1反射光与参照光的第1干涉光的第1差频，适当地计算第1光路长度，能够根据作为第2反射光与参照光的第2干涉光的第2差频，适当地计算第2光路长度。因此，能够适当地计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
此外，实施方式1的加工装置100具有：光距离测定装置101；加工部103，其对测定对象物107进行加工；以及加工控制部102，其根据光距离测定装置101测定出的距离对加工部103进行控制，以使加工部103对测定对象物107进行加工。
根据上述结构，即使在距离测定空间108的折射率发生了变化的情况下，也能够根据测定出的距离测定空间108的折射率，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离，根据该距离对测定对象物107进行加工。因此，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低，能够提高测定对象物107的加工精度。
实施方式2
在实施方式1中，说明了将输出扫描光的波长扫描光输出部104用作测定光和参照光的光源的结构。在实施方式2中，说明将输出白色光的白色激光光源用作测定光和参照光的光源的结构。
以下，参照附图对实施方式2进行说明。另外，对具有与在实施方式1中说明的结构相同功能的结构标注相同的标记，并省略其说明。图7是示出具有实施方式2的光距离测定装置121的加工装置120的结构的图。如图7所示，与实施方式1的光距离测定装置101相比，光距离测定装置121具有白色激光光源20以代替波长扫描光输出部104，信号处理部122还具有分光部21。
白色激光光源20射出连续波的激光。例如，白色激光光源20是ASE(AmplifiedSpontaneous Emission：放大的自发辐射)光源等。
另外，在实施方式2中，对光距离测定装置121具有白色激光光源20的结构进行说明，但光距离测定装置121也可以不具有白色激光光源20。在该情况下，光距离测定装置121也可以使用具有白色激光光源20的外部激光产生装置射出的激光。
在实施方式2中，分支部3将白色激光光源20射出的激光分支成测定光和参照光。即，该测定光和该参照光、通过测定光分支部5对该测定光进行分支而生成的第1测定光和第2测定光、第1光学系统6向测定对象物107照射且被测定对象物107反射后的第1反射光、以及第2光学系统7朝向反射部8射出且被反射部8反射后的第2反射光分别是连续波的激光。
因此，在实施方式2中，光干涉部11通过使连续波的第1反射光与连续波的参照光干涉而生成第1干涉光。此外，光干涉部11通过使连续波的第2反射光与连续波的参照光干涉而生成第2干涉光。
分光部21对光干涉部11生成的第1干涉光进行分光。分光部21分光后的第1干涉光按照每个频率在空间上分离。此外，分光部21对光干涉部11生成的第2干涉光进行分光。分光部21分光后的第2干涉光按照每个频率在空间上分离。分光部21例如是衍射光栅等。
更详细而言，在实施方式2中，光电转换部12具有未图示的多个光电元件。该多个光电元件分别通过对分光部21分光后的第1干涉光进行光电转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第1干涉光的强度的第1模拟信号。更详细而言，光电转换部12例如具有如CCD那样排列成阵列状的多个光电元件。该多个光电元件的各配置与要接收的光的频率对应。该多个光电元件通过对在空间上按照每个频率分离的第1干涉光进行光电转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第1干涉光的强度的第1模拟信号。
此外，在实施方式2中，光电转换部12中的上述多个光电元件分别通过对分光部21分光后的第2干涉光进行光电转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第2干涉光的强度的第2模拟信号。更详细而言，该多个光电元件通过对在空间上按照每个频率分离的第2干涉光进行光电转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第2干涉光的强度的第2模拟信号。
在实施方式2中，数字转换部13通过对光电转换部12生成的第1模拟信号进行A/D转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第1干涉光的强度的第1数字信号。此外，数字转换部13通过对光电转换部12生成的第2模拟信号进行A/D转换，生成表示将各光电元件的配置对应起来的第2干涉光的强度的第2数字信号。
在实施方式2中，强度测定部14从未图示的存储部取得表示光电转换部12中的各光电元件的配置与各光电元件接收的光的频率之间的对应的信息。强度测定部14根据该信息和数字转换部13生成的第1数字信号，测定第1干涉光的每个频率的强度。此外，在实施方式2中，强度测定部14根据表示光电转换部12中的各光电元件的配置与各光电元件接收的光的频率之间的对应的信息、以及数字转换部13生成的第2数字信号，测定第2干涉光的每个频率的强度。
在实施方式2中，光路长度计算部15根据分光部21分光后的第1干涉光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。此外，在实施方式2中，光路长度计算部15根据分光部21分光后的第2干涉光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。更详细而言，在实施方式2中，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第1干涉光的每个频率的强度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。此外，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第2干涉光的每个频率的强度，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。
另外，虽然省略图示，但实施方式2的光距离测定装置121的分析部109的距离测定方法与实施方式1的光距离测定装置101的分析部109的距离测定方法相比，以下方面不同。首先，在实施方式2中，在上述的步骤ST1中，强度测定部14根据表示光电转换部12中的各光电元件的配置与各光电元件接收的光的频率之间的对应的信息、以及数字转换部13生成的第1数字信号，测定第1干涉光的每个频率的强度。
此外，在实施方式2中，在上述的步骤ST1中，强度测定部14根据表示光电转换部12中的各光电元件的配置与各光电元件接收的光的频率之间的对应的信息、以及数字转换部13生成的第2数字信号，测定第2干涉光的每个频率的强度。
接着，在上述的步骤ST2中，光路长度计算部15根据强度测定部14测定出的第1干涉光的每个频率的强度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，根据强度测定部14测定出的第2干涉光的每个频率的强度，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。
更详细而言，在实施方式2中，在上述的步骤ST2中，光路长度计算部15通过与作为公知技术的谱域方式的光学相干断层仪中使用的方法相同的方法，根据强度测定部14测定出的第1干涉光的每个频率的强度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度。
此外，在实施方式2中，在上述的步骤ST2中，光路长度计算部15通过与作为公知技术的谱域方式的光学相干断层仪中使用的方法相同的方法，根据强度测定部14测定出的第2干涉光的每个频率的强度，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。另外，由于谱域方式的光学相干断层仪的光路长度测定方法是公知的，因此省略说明。
接着，在上述的步骤ST3中，距离计算部16根据光路长度计算部15测定出的第2光路长度，计算距离测定空间108的折射率。接着，在上述的步骤ST4中，距离计算部16根据在步骤ST3中计算出的折射率和光路长度计算部15测定出的第1光路长度，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离。
此外，实施方式2的光距离测定装置121的分析部109中的强度测定部14、光路长度计算部15和距离计算部16各自的功能通过处理电路来实现。即，实施方式2的光距离测定装置121的分析部109具有用于执行上述说明的各步骤的处理的处理电路。该处理电路可以是专用硬件，也可以是执行存储器中存储的程序的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。实现实施方式2的光距离测定装置121的分析部109的功能的硬件结构与图3A所示的硬件结构相同。此外，执行实现实施方式2的光距离测定装置121的分析部109的功能的软件的硬件结构与图3B所示的硬件结构相同。
如上所述，在实施方式2的光距离测定装置121中，激光是白色激光，该光距离测定装置121还具有分光部21，该分光部21对光干涉部11生成的第1干涉光进行分光，并对光干涉部11生成的第2干涉光进行分光，光路长度计算部15根据分光部21分光后的第1干涉光，计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的第1光路长度，根据分光部21分光后的第2干涉光，计算从第2光学系统7的出射面到反射部8的反射面的第2光路长度。
根据上述结构，能够根据分光后的第1干涉光，适当地计算第1光路长度，能够根据分光后的第2干涉光，适当地计算第2光路长度。因此，能够适当地计算从第1光学系统6的出射面到测定对象物107的反射面的距离，能够抑制由于距离测定空间108的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低。
另外，本申请能够在其发明的范围内实现各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的光距离测定装置能够抑制由于距离测定空间的折射率发生变化而导致距离的测定精度降低，因此，能够用于对测定对象物进行加工的加工装置。
标号说明
1：激光光源；2：扫描部；3：分支部；4：光环行器；5：测定光分支部；6：第1光学系统；7：第2光学系统；8：反射部；9：延迟调整部；10：光学元件；11：光干涉部；12：光电转换部；13：数字转换部；14：强度测定部；15：光路长度计算部；16：距离计算部；20：白色激光光源；21：分光部；100：加工装置；101：光距离测定装置；102：加工控制部；103：加工部；104：波长扫描光输出部；105：光发送部；106：信号处理部；107：测定对象物；108：距离测定空间；109：分析部；110：加工头部；111：处理电路；112：处理器；113：存储器；120：加工装置；121：光距离测定装置；122：信号处理部。

Claims (6)

1.一种光距离测定装置，其特征在于，该光距离测定装置具有：
分支部，其将激光分支成测定光和参照光；
测定光分支部，其将所述分支部分支出的测定光分支成第1测定光和第2测定光；
第1光学系统，其将所述测定光分支部分支出的第1测定光照射到测定对象物，接收被该测定对象物反射后的第1反射光；
第2光学系统，其将所述测定光分支部分支出的第2测定光朝向所述第1光学系统与所述测定对象物之间的空间射出；
反射部，其将由所述第2光学系统射出且通过所述空间后的第2测定光朝向所述第2光学系统反射；
光路长度计算部，其根据所述第1光学系统接收到的第1反射光和所述分支部分支出的参照光，计算从所述第1光学系统的出射面到所述测定对象物的反射面的第1光路长度，根据被所述反射部反射且由所述第2光学系统接收到的第2反射光和所述分支部分支出的参照光，计算从所述第2光学系统的出射面到所述反射部的反射面的第2光路长度；以及
距离计算部，其根据所述光路长度计算部测定出的第2光路长度计算所述空间的折射率，根据该折射率和所述光路长度计算部测定出的第1光路长度，计算从所述第1光学系统的出射面到所述测定对象物的反射面的距离。
2.根据权利要求1所述的光距离测定装置，其特征在于，
该光距离测定装置还具有光干涉部，该光干涉部使所述第1光学系统接收到的第1反射光与所述分支部分支出的参照光干涉，由此生成第1干涉光，使所述第2测定光被所述反射部反射且由所述第2光学系统接收到的第2反射光与所述分支部分支出的参照光干涉，由此生成第2干涉光，
所述光路长度计算部根据所述光干涉部生成的第1干涉光计算所述第1光路长度，根据所述光干涉部生成的第2干涉光计算所述第2光路长度。
3.根据权利要求2所述的光距离测定装置，其特征在于，
所述空间由沿着所述第1光学系统的光轴排列的多个区域构成，
所述第2光学系统由分别以射出的第2测定光的光轴通过所述多个区域中的对应区域的方式设置的多个光学元件构成，
所述多个光学元件分别将所述第2测定光朝向所述多个区域中的对应区域射出，接收被所述反射部反射后的第2反射光，
所述光干涉部使所述多个光学元件接收到的每个区域的第2反射光与所述参照光干涉，由此生成每个区域的第2干涉光，
所述光路长度计算部根据所述光干涉部生成的每个区域的第2干涉光，计算各区域的第2光路长度，
所述距离计算部根据所述光路长度计算部计算出的各区域的第2光路长度计算各区域的折射率，根据该各区域的折射率计算所述空间的平均折射率，根据该平均折射率和所述第1光路长度计算所述距离。
4.根据权利要求2所述的光距离测定装置，其特征在于，
所述激光是波长扫描而成的扫描光，
所述光干涉部使所述第1反射光与所述参照光干涉，由此生成第1差频作为所述第1干涉光，使所述第2反射光与所述参照光干涉，由此生成第2差频作为所述第2干涉光，
所述光路长度计算部根据所述光干涉部生成的第1差频计算所述第1光路长度，根据所述光干涉部生成的第2差频计算所述第2光路长度。
5.根据权利要求2所述的光距离测定装置，其特征在于，
所述激光是白色激光，
该光距离测定装置还具有分光部，该分光部对所述光干涉部生成的第1干涉光进行分光，并对所述光干涉部生成的第2干涉光进行分光，
所述光路长度计算部根据所述分光部分光后的第1干涉光计算所述第1光路长度，根据所述分光部分光后的第2干涉光计算所述第2光路长度。
6.一种加工装置，其特征在于，该加工装置具有：
权利要求1～5中的任意一项所述的光距离测定装置；
加工部，其对所述测定对象物进行加工；以及
加工控制部，其根据所述光距离测定装置测定出的距离对所述加工部进行控制，以使所述加工部对所述测定对象物进行加工。
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