JP2023132738A - 光干渉測距センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサヘッドに応じて適切に光量を調整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を複数のスポットに照射させるように分岐する光分岐部１２０と、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、センサヘッドにより計測対象物Ｔに照射して反射される測定光と、当該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各干渉光を生成する干渉計１３０と、各干渉光を受光して電気信号に変換する受光部１４０ａ～１４０ｃと、当該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、センサヘッドに基づいて計測対象物に照射される光の光量を調整する光調整手段１７０と、を備える。【選択図】図１３

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。

さらに、従来の光干渉測距センサは、複数のビームを計測対象物に照射するように構成し、高精度に計測対象物を計測するものも知られている。

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、従来の光干渉測距センサは、複数のビームを計測対象物に照射するようにする際、１つのセンサヘッドから１つのビームを照射するシングルスポットヘッドを複数構成する場合と、１つのセンサヘッドから複数のビームを照射するマルチスポットヘッドにする場合とが考えられる。

マルチスポットヘッドを使用する場合には、所定範囲に複数のレーザ光を照射するとユーザを危険に晒してしまうおそれがある。例えば、レーザ光に関する安全基準に基づく安全性を確保できないおそれがある。一方、安全性を確保するために照射するレーザ光の光量を小さくすれば、所定の間隔を有して複数のシングルスポットヘッドを使用する場合、照射する各レーザ光の光量が小さいため、計測精度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、センサヘッドに応じて適切に光量を調整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を複数のスポットに照射させるように分岐する光分岐部と、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、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、当該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各干渉光を生成する干渉計と、干渉計からの各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基づいてセンサヘッドにより計測対象物に照射される光の光量を調整する光調整手段と、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、光調整手段は、判別手段によって判別されたセンサヘッドに基づいてセンサヘッドにより計測対象物に照射される光の光量を調整する。これにより、センサヘッドに応じて適切に計測対象物に照射する光の光量を調整することができ、レーザ光の照射による安全基準を満たしつつ、センサヘッドから計測対象物までの計測距離を高精度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、それに対応する光量を、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、センサヘッドは、シングルスポット又はマルチスポットであってもよい。

この態様によれば、光干渉測距センサとしては、複数のシングルスポットヘッドを用いる場合と、１つのマルチスポットヘッドで複数のスポットを用いる場合とを判別し、それぞれにおいて適切な光量を調整することができる。

上記態様において、判別手段によってセンサヘッドを判別する際には、光調整手段は、光分岐部に供給される光の光量を所定値以下となるように調整してもよい。

この態様によれば、センサヘッドが不明である際には、光調整手段は、所定値以下となるように光量を小さく調整し、レーザ光の安全基準を満たすようにしている。

上記態様において、所定値は、判別手段によってセンサヘッドがマルチスポットであると判別された場合に調整される光量であってもよい。

この態様によれば、センサヘッドが不明である際には、光調整手段は、センサヘッドがマルチスポットである場合を想定した光量を調整し、仮に、センサヘッドがマルチスポットであったとしてもレーザ光の安全基準は十分に満たされる。

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、センサヘッドに応じて適切に光量を調整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。 本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサが使用される態様パターンを示す外観模式図である。 本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００に適用されるセンサヘッドの態様を示す模式図である。 シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。 センサヘッドのタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッドのタイプに対応する光量を調整する光量調整方法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、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。 センサヘッド内部の構造部品に反射面を構成することで、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッド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のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッドのタイプに対応する光量を調整する光調整方法Ｍ１０１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。

＜一実施形態＞
［光干渉測距センサの構成］
図１０は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサが使用される態様パターンを示す外観模式図である。図１０（Ａ）に示されるように、光干渉測距センサは、３つのシングルスポットヘッドを用いて、それぞれ計測対象物までの距離を計測する。一方、図１０（Ｂ）に示されるように、光干渉測距センサは、１つのマルチスポットヘッドで３つのスポットを用いて、計測対象物までの距離を計測する。

なお、ここでは、それぞれ３つのスポットを一例として挙げているが、これに限定されるものではなく、例えば、２つ又は４つ以上のシングルスポットヘッドを用いたり、１つのマルチスポットヘッドで２つ又は４つ以上のスポットを用いたりすることも考えられる。光干渉測距センサとしては、複数のシングルスポットヘッドを用いる場合と、１つのマルチスポットヘッドで複数のスポットを用いる場合とで、それぞれにおいて適切な計測条件を設定する必要がある。センサヘッドのタイプに応じて、例えば、光量を適切に調整することに関して、詳しくは、後述する。

図１１は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。図１１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１４０ａ～１４０ｃと、処理部１５０と、判別手段１６０と、光調整手段１７０とを備える。

波長掃引光源１１０、光分岐部１２０、受光部１４０ａ～１４０ｃ、及び処理部１５０は、コントローラ１０１に含まれる。判別手段１６０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複数のスポットに照射させるように分岐して干渉計１３０に供給し、さらに、干渉計１３０からの戻り光を受光部１４０ａ～１４０ｃに導く。ここでは、光分岐部１２０は、互いに直列に接続された３段の光カプラ１２０ａ～１２０ｃを構成し、供給された光を３つのスポットに照射するように光路Ａ～Ｃに分岐している。さらに、光カプラ１２０ａ～１２０ｃに２×２の光カプラ等を用いる場合には、後段の光カプラ１２０ｃの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１２０ｃへの戻り光を軽減するための減衰器１２２を備えてもよい。

干渉計１３０には、図１０で示された３つのシングルスポットヘッド又は１つのマルチスポットヘッド（３つのスポット）のセンサヘッドが含まれる。ここで、センサヘッドは、一具体例として、レンズ１３０ａ～１３０ｃを有する構成としているが、センサヘッドが有するレンズとしては、コリメートレンズや対物レンズであって、さらには、これらの両方を有する構成であってもよい。

干渉計１３０では、光路Ａを介して供給された光の一部は、測定光として、センサヘッドに含まれるレンズ１３０ａ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、当該センサヘッドに含まれるレンズ１３０ａを介して光路Ａに戻る。また、光路Ａを介して供給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。

同様に、光路Ｂ及び光路Ｃを介して供給された光の一部は、それぞれ測定光として、センサヘッドに含まれるレンズ１３０ｂ及び１３０ｃ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、当該センサヘッドに含まれるレンズ１３０ｂ及び１３０ｃを介してそれぞれ光路Ｂ及び光路Ｃに戻る。また、光路Ｂ及び光路Ｃを介して供給された光の他の一部は、それぞれ参照光として、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各干渉光が生成され、当該各干渉光が干渉計１３０から出力される。

干渉計１３０から出力された光路Ａ～Ｃに対応する各干渉光は、光分岐部１２０（光カプラ１２０ａ～１２０ｃ）を介してそれぞれ受光部１４０ａ～１４０ｃ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１４０ａ～１４０ｃは、受光素子１４１ａ～１４１ｃ及びＡＤ変換部１４２ａ～１４２ｃを有し、受光素子１４１ａ～１４１ｃは、例えば、フォトディテクタであって、光分岐部１２０（光カプラ１２０ａ～１２０ｃ）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１４２ａ～１４２ｃ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１４０ａ～１４０ｃ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、センサヘッドから計測対象物Ｔまでの距離として、センサヘッド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、センサヘッドに配置される対物レンズから計測対象物Ｔまでの距離、又はセンサヘッド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、干渉計１３０に含まれるセンサヘッドの態様パターンについて説明する。
図１２は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００に適用されるセンサヘッドの態様を示す模式図である。図１２（Ａ）では、光路Ａ～Ｃに対して３つのシングルスポットヘッド１３１ａが用いられ、図１２（Ｂ）では、光路Ａ～Ｃに対して１つのマルチスポットヘッド１３１ｂで３つのスポットが用いられる態様である。光干渉測距センサ１００では、これらのセンサヘッドのタイプのいずれかが適用されている。

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、センサヘッドのタイプを判別する。例えば、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、光干渉測距センサ１００に適用されているセンサヘッドが、図１２（Ａ）で示されたシングルスポットヘッド１３１ａであるか、又は、図１２（Ｂ）で示されたマルチスポットヘッド１３１ｂであるかを判別する。なお、干渉計１３０で生成されるビート信号とは、光路長の異なる光信号を干渉させることによって生じるものであって、その具体例については、後述するセンサヘッドの判別方法とともに説明する。

図１３は、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。図１３（Ａ）に示されるように、光ファイバを介してシングルスポットヘッド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、シングルスポットヘッド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、シングルスポットヘッド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。

光ファイバを介してシングルスポットヘッド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、シングルスポットヘッド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１３（Ｂ）でも、マルチスポットヘッド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マルチスポットヘッド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、マルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ又はマルチスポットヘッド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１４０ａ～１４０ｃによって受光されて、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）で示されるように信号ピークが検出される。

判別手段１６０は、例えば、図１３（Ａ）に示されたシングルスポットヘッド１３１ａ内に配置される対物レンズ１３２ａと、図１３（Ｂ）に示されたマルチスポットヘッド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のタイプを判別することができる。

なお、図１３（Ａ）では、１つのシングルスポットヘッド１３１ａを例に挙げて説明したが、図１２（Ａ）に示されたように、同様のシングルスポットヘッド１３１ａが３つ備えられていれば、受光部１４０ａ～１４０ｃによって受光されるそれぞれのビート信号に基づいて、同様の位置Ｌｐが検出される。

また、図１３（Ｂ）では、１つのマルチスポットヘッド１３１ｂにおいて、光路Ａ～Ｃそれぞれに対してビート信号が生成されるように、対物レンズ１３２ｂに反射面１３４ｂを形成していた。これにより、受光部１４０ａ～１４０ｃによって受光されるそれぞれのビート信号に基づいて、同様の位置Ｌｐが検出されるが、その他の構成であってもよい。例えば、光路Ａ～Ｃのうち、１つに対してビート信号が生成されるように、対物レンズ１３２ｂに反射面１３４ｂを形成し、受光部１４０ａ～１４０ｃのうち１つによって受光されるビート信号に基づいて位置Ｌｐが検出されるようにしてもよい。

光調整手段１７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッドのタイプに基づいてセンサヘッドにより計測対象物Ｔに照射される光の光量を調整する。例えば、光調整手段１７０は、波長掃引光源１１０を制御して、当該波長掃引光源１１０から投光される光の光量を調整してもよいし、波長掃引光源１１０から投光された光の光量を増幅器や減衰器を用いて調整してもよいし、これらの両方を用いてもよい。

具体的には、１つのマルチスポットヘッド１３１ｂで複数のスポットを用いて、当該複数のスポットが密集する所定領域にレーザ光を照射する場合には、光調整手段１７０は、レーザ光の安全基準を満たすように、所定領域内に照射される複数のスポットを考慮して、複数のスポットそれぞれの光量を調整する。すなわち、１つのスポットに照射されるレーザ光の光量を小さくすることが好ましい。

一方で、複数のシングルスポットヘッド１３１ａを用いて、それぞれ離れた領域にレーザ光を照射する場合には、光調整手段１７０は、高精度な計測を確保するように、各シングルスポットヘッドから照射される光量を調整する。すなわち、１つのスポットに照射されるレーザ光の光量を大きくすることが好ましい。

［センサヘッドのタイプに対応する光量調整方法］
次に、センサヘッドのタイプに対応する光量を調整する光量調整方法について、その処理の流れについて具体的に説明する。

図１４は、センサヘッドのタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッドのタイプに対応する光量を調整する光量調整方法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、光量調整方法Ｍ１００は、ステップＳ１１０～Ｓ１７０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、光調整手段１７０は、計測対象物Ｔに照射する光の光量を調整する。例えば、判別手段１６０によってセンサヘッドのタイプを判別する際には、未だセンサヘッドのタイプが不明であるため、光調整手段１７０は、レーザ光の安全基準を満たすように考慮した光量を調整する。具体的には、光調整手段１７０は、マルチスポットヘッドで複数のスポットが密集する所定領域にレーザ光を照射していることを想定して、判別手段１６０によってセンサヘッドのタイプがマルチスポットであると判別された場合に調整される光量に設定する。

すなわち、光調整手段１７０は、複数のスポットに照射するそれぞれの光の光量が小さくなるように調整する。仮に、シングルスポットヘッドが用いられ、それぞれ離れた領域にレーザ光を照射している場合であったとしても、計測対象物Ｔに照射される光の光量は小さいため、レーザ光の安全基準は十分に満たされている。一方で、ここでは、計測対象物Ｔまでの距離を計測するわけではないため、光量が小さいことによる計測精度の低下は問題にはならない。

ステップＳ１２０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１４０ａ～１４０ｃ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。ここでは、受光部１４０ａ～１４０ｃによって受光される干渉光それぞれに基づいて、各信号ピークを検出する。

ステップＳ１３０において、判別手段１６０は、ステップＳ１２０で検出された各信号ピークに対応する距離Ｌｐを算出する。

ステップＳ１４０において、判別手段１６０は、ステップＳ１３０で算出された距離（位置）Ｌｐに基づいて、センサヘッドが、シングルスポットヘッド１３１ａであるか、又はマルチスポットヘッド１３１ｂであるかを判別する。

具体例としては、シングルスポットヘッド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、マルチスポットヘッド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Ｓ１３０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）を判定すればよい。

ステップＳ１４０で距離ＬｐがＬ１に相当すると判定された場合（ステップＳ１４０で「シングルスポットヘッド」）、判別手段１６０は、センサヘッドとして用いられているのは、シングルスポットヘッド１３１ａであると判別する。そして、ステップＳ１５０において、光調整手段１７０は、シングルスポットヘッド１３１ａに対応する光量を調整する。

一方、ステップＳ１４０で距離ＬｐがＬ２に相当すると判定された場合（ステップＳ１４０で「マルチスポットヘッド」）、判別手段１６０は、センサヘッドとして用いられているのは、マルチスポットヘッド１３１ｂであると判別する。そして、ステップＳ１６０において、光調整手段１７０は、マルチスポットヘッド１３１ｂに対応する光量を調整する。

さらに、ステップＳ１４０で距離ＬｐがＬ１及びＬ２のいずれにも相当しないと判定された場合（ステップＳ１４０で「エラー」）、判別手段１６０は、センサヘッドの判別不可であると判別する。そして、ステップＳ１７０において、判別手段１６０は、エラーを出力し、光調整手段１７０は、波長掃引光源１１０は光の出力を停止する。

エラーの具体例としては、ステップＳ１２０で受光部１４０ａ～１４０ｃによって受光される干渉光それぞれに基づいて検出された各信号ピークについて、ステップＳ１３０でそれぞれ算出された距離ＬｐがＬ１及びＬ２相当と判定できる領域にない、及びＬ１相当及びＬ２相当が混在する等を含む。これらの場合、予め想定したセンサヘッドと異なるセンサヘッドに接続されている、シングルスポットヘッドとマルチスポットヘッドとが混在して接続されている、及びセンサヘッドが接続されていない等が考えられ、判別手段１６０は、センサヘッドの判別不可（エラー）であると判別する。そして、光調整手段１７０は、レーザ光の照射による安全性を考慮して、波長掃引光源１１０は光の出力を停止するとともに、算出された距離Ｌｐに基づいて推定されるエラーに対応するエラーメッセージを出力してもよい。

なお、光量調整方法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、センサヘッドについてシングルスポットヘッドかマルチスポットヘッドかを判別する。そして、光調整手段１７０は、判別手段１６０によって判別されたセンサヘッドに対応する光量を調整する。これにより、センサヘッドに応じて適切に光量を調整することができ、レーザ光の照射による安全基準を満たしつつ、計測対象物Ｔまでの計測距離を高精度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、それに対応する光量を、都度、手動で設定したりする作業が軽減される。

なお、図１３を用いて説明したシングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド１３１ｂは、図１３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、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。図１５に示されるように、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ内に配置されるコリメートレンズ１３５ａと、マルチスポットヘッド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を用いて説明したシングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、センサヘッド内部の構造部品に反射面を構成することで、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。図１６に示されるように、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド１３１ｂそれぞれの筐体内部において、光ファイバを介してシングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ内に配置される所定部品１３７ａと、マルチスポットヘッド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を用いて説明したシングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ及びマルチスポットヘッド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、センサヘッドの内部ではなく、センサヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ又はマルチスポットヘッド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、センサヘッドの内部ではなく、センサヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａ又はマルチスポットヘッド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。シングルスポットヘッド１３１ａ又はマルチスポットヘッド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１３、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、シングルスポットヘッド１３１ａを用いる場合には、当該シングルスポットヘッド１３１ａ内部に所定部品１３７ａを配置し（図１６）、マルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド１３１ｂとを判別可能に構成するセンサヘッドの一具体例を示す模式図である。図１８に示されるように、シングルスポットヘッド１３１ａとマルチスポットヘッド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、シングルスポットヘッド１３１ａは、コリメートレンズ１３５ａを有し、対物レンズを有していない。光ファイバを介してシングルスポットヘッド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、シングルスポットヘッド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Ｌｐ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、マルチスポットヘッド１３１ｂは、コリメートレンズ１３５ｂ及び対物レンズ１３２ｂを有する。光ファイバを介してマルチスポットヘッド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及び対物レンズ１３２ｂに形成された反射面１３４ｂで反射される。そして、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、マルチスポットヘッド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Ｌｐ１、及び対物レンズ１３２ｂ（具体的には、反射面１３４ｂ）の位置Ｌｐ２が信号ピークとして検出されている。

このように、シングルスポットヘッド１３１ａはコリメートレンズ１３５ａを有し、マルチスポットヘッド１３１ｂはコリメートレンズ１３５ｂ及び対物レンズ１３２ｂ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のタイプを判別し、当該判別されたセンサヘッドのタイプに対応する光量を調整する光調整方法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、光調整方法Ｍ１０１は、ステップＳ１１０、Ｓ１２１、Ｓ１４１及びＳ１５０～Ｓ１７０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、光調整手段１７０は、計測対象物Ｔに照射する光の光量を調整する。例えば、光調整手段１７０は、マルチスポットヘッドで複数のスポットが密集する所定領域にレーザ光を照射していることを想定して、レーザ光の安全基準を満たすように考慮した光量を調整する。

ステップＳ１２１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１４０ａ～１４０ｃ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Ｓ１４１において、判別手段１６０は、ステップＳ１２１で検出された信号ピーク数に基づいて、センサヘッドが、シングルスポットヘッド１３１ａであるか、又はマルチスポットヘッド１３１ｂであるかを判別する。

具体例としては、シングルスポットヘッド１３１ａ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１３５ａを配置し（例えば、図１８（Ａ））、マルチスポットヘッド１３１ｂ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１３５ｂ及び対物レンズ１３２ｂ（例えば、図１８（Ｂ））を配置しておく。ここで、ステップＳ１２１で検出された信号ピーク数について、信号ピーク数＝１又は信号ピーク数＝２を判定すればよい。

ステップＳ１４１で信号ピーク数＝１であると判定された場合（ステップＳ１４１で「シングルスポットヘッド」）、判別手段１６０は、センサヘッドとして用いられているのは、シングルスポットヘッド１３１ａであると判別する。そして、ステップＳ１５０において、光調整手段１７０は、シングルスポットヘッド１３１ａに対応する光量を調整する。

一方、ステップＳ１４１で信号ピーク数＝２であると判定された場合（ステップＳ１４１で「マルチスポットヘッド」）、判別手段１６０は、センサヘッドとして用いられているのは、マルチスポットヘッド１３１ｂであると判別する。そして、ステップＳ１６０において、光調整手段１７０は、マルチスポットヘッド１３１ｂに対応する光量を調整する。

さらに、ステップＳ１４１で信号ピーク数＝１及び信号ピーク数＝２のいずれにも相当しないと判定された場合（ステップＳ１４１で「エラー」）、判別手段１６０は、センサヘッドの判別不可であると判別する。そして、ステップＳ１７０において、判別手段１６０は、エラーを出力し、光調整手段１７０は、波長掃引光源１１０は光の出力を停止する。

エラーの具体例としては、ステップＳ１２１で受光部１４０ａ～１４０ｃによって受光される干渉光それぞれに基づいて信号強度が所定値以上の信号ピークが検出されない、及び３つ以上の信号ピークが検出される等を含む。これらの場合、予め想定したセンサヘッドと異なるセンサヘッドに接続されている、シングルスポットヘッドとマルチスポットヘッドとが混在して接続されている、及びセンサヘッドが接続されていない等であり、判別手段１６０は、センサヘッドの判別不可（エラー）であると判別する。そして、光調整手段１７０は、レーザ光の照射による安全性を考慮して、波長掃引光源１１０は光の出力を停止するとともに、検出された信号ピーク数に基づいて推定されるエラーに対応するエラーメッセージを出力してもよい。

［干渉計の変形例］
上述した実施形態では、光干渉測距センサ１００は、干渉計１３０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２０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２０（ａ）では、光分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、それぞれ光ファイバの先端（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。上述した本実施形態に係る光干渉測距センサ１００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２０（ｂ）では、光分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３と、参照光を導く参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３とを形成し、参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３の先にはそれぞれ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、各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長と、各参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３の光路長とで光路長差を設けることによって、各光路Ａ～Ｃにおいて干渉光が生成される。

図２０（ｃ）では、光分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３と、参照光を導く参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３とを形成し、参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３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、各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長と、各参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３の光路長とで光路長差を設けることによって、各光路Ａ～Ｃにおいて干渉光が生成される。

このように、干渉計は、本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。

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を複数のスポットに照射させるように分岐する光分岐部（１２０）と、
前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、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、当該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各干渉光を生成する干渉計（１３０）と、
前記干渉計からの各干渉光を受光して電気信号に変換する受光部（１４０ａ～１４０ｃ）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センサヘッドに基づいて前記センサヘッドにより計測対象物に照射される光の光量を調整する光調整手段（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…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、１２０ａ～１２０ｃ…光カプラ、１２２…減衰器、１３０…干渉計、１３０ａ～１３０ｃ…レンズ、１３１ａ…シングルスポットヘッド，１３１ｂ…マルチスポットヘッド、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、１４０ａ～１４０ｃ…受光部、１４１ａ～１４１ｃ…受光素子、１４２ａ～１４２ｃ…ＡＤ変換部、１５０…処理部、１６０…判別手段、１７０…光調整手段、Ｔ…計測対象物、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路

Claims (10)

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を複数のスポットに照射させるように分岐する光分岐部と、
   前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、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、当該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各干渉光を生成する干渉計と、
   前記干渉計からの各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センサヘッドに基づいて前記センサヘッドにより計測対象物に照射される光の光量を調整する光調整手段と、を備える、
   光干渉測距センサ。
2. 前記センサヘッドは、シングルスポット又はマルチスポットである、
   請求項１に記載の光干渉測距センサ。
3. 前記判別手段によって前記センサヘッドを判別する際には、前記光調整手段は、前記光分岐部に供給される光の光量を所定値以下となるように調整する、
   請求項１又は２に記載の光干渉測距センサ。
4. 前記所定値は、前記判別手段によって前記センサヘッドがマルチスポットであると判別された場合に調整される光量である、
   請求項３に記載の光干渉測距センサ。
5. 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４のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
6. 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５のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
7. 前記反射面は、前記センサヘッドの内部に形成されている、
   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対物レンズに形成されている、
   請求項７に記載の光干渉測距センサ。
9. 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７又は８に記載の光干渉測距センサ。
10. 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６から９のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。

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