JP6494881B1

JP6494881B1 - 光測距装置及び加工装置

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Publication number: JP6494881B1
Application number: JP2018549590A
Authority: JP
Inventors: 後藤　広樹; 広樹後藤; 佳宏松本; 聖史斧原; 巨生鈴木; 柳澤　隆行; 隆行柳澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: JPWO2019244242A1; DE112018007623T5; US20210048287A1; TW202001284A; US11248902B2; CN112262292A; CN112262292B; DE112018007623B4; WO2019244242A1

Abstract

光干渉部（３１）から出力された干渉光を受光して、干渉光の検出信号を出力するＰＤ（３２−１）〜（３２−Ｎ）を有する光検出器（３２）と、ＰＤ（３２−１）〜（３２−Ｎ）から出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するスイッチ（３３）とを設け、距離算出部（３５）が、スイッチ（３３）により選択された検出信号に基づいて、測定対象物（１）までの距離を算出するように、光測距装置（３）を構成した。

Description

この発明は、測定対象物までの距離を算出する光測距装置と、光測距装置を備える加工装置とに関するものである。

光を用いて、測定対象物までの距離を測定する方法の１つとして、光源周波数を掃引させることを特徴として光干渉方式がある。
光源周波数を掃引させることを特徴として光干渉方式では、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を測定対象物に向けて照射し、測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信する。
以下の特許文献１には、測定対象物に照射する前の周波数掃引光の一部を参照光とし、参照光と反射光との干渉光に基づいて、測定対象物までの距離を測定する技術が開示されている。

特開平７−２６５３１６号公報

測定対象物における複数の部位までの距離を算出する光測距装置として、反射光を受光して、反射光の検出信号を出力する受光素子を複数実装している光測距装置がある。
複数の受光素子を実装している光測距装置は、複数の受光素子により検出されたそれぞれの検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するために、受光素子の数分のアナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）を実装している必要がある。したがって、光測距装置は、距離を算出する部位の数が多くなるほど、多くのＡ／Ｄ変換器を実装する必要があり、コスト高になってしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のＡ／Ｄ変換器を実装することなく、測定対象物における複数の部位までの距離を算出することができる光測距装置及び加工装置を得ることを目的とする。

この発明に係る光測距装置は、クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を繰り返し出力する周波数掃引光出力部と、周波数掃引光出力部から出力された周波数掃引光を参照光として出力するとともに、周波数掃引光を測定対象物に向けて照射する光送信部と、測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信し、反射光と参照光とを干渉させて、反射光と参照光との干渉光を出力する光干渉部と、光干渉部から出力された干渉光を受光して、干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、クロック信号に同期して、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、出力する制御信号生成部と、複数の受光素子から出力された検出信号の中から、制御信号生成部により出力された制御信号に従っていずれか１つの検出信号を選択するスイッチと、スイッチにより選択された検出信号に基づいて、測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出する距離算出部とを備えたものである。

この発明によれば、光干渉部から出力された干渉光を受光して、干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、複数の受光素子から出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するスイッチとを設け、距離算出部が、スイッチにより選択された検出信号に基づいて、測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出するように、光測距装置を構成した。したがって、この発明に係る光測距装置は、複数のＡ／Ｄ変換器を実装することなく、測定対象物における複数の部位までの距離を算出することができる。

図１Ａは、実施の形態１による加工装置２を示す構成図である。図１Ｂは、測定対象物１を示す説明図である。実施の形態１による光測距装置３を示す構成図である。三角波信号の波形及びクロック信号の波形を示す説明図である。レーザ光源１２から出力される周波数掃引光としての参照光と、測定対象物１の部位１−１〜１−４に反射された反射光とを示す説明図である。測定対象物１における部位１−１〜１−４を示す説明図である。制御信号生成部４０から出力された制御信号、ＰＤ３２−１〜３２−４から出力された干渉光の検出信号及びスイッチ３３から出力された検出信号を示す説明図である。フーリエ変換部３５ａにより算出された干渉光の周波数スペクトルを示す説明図である。Ｎ＝１６である場合のスイッチ３３の一例を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１Ａは、実施の形態１による加工装置２を示す構成図である。図１Ｂは、測定対象物１を示す説明図である。
図１において、測定対象物１は、加工装置２によって加工される加工物などが該当する。

加工装置２は、光測距装置３、加工部４及び検査部５を備えている。
光測距装置３は、測定対象物１の表面部位までの距離を測定し、測定した距離を加工部４及び検査部５のそれぞれに出力する装置である。測定対象物１の表面部位は、例えば、図１Ｂに示すような部位１−１〜１−Ｎが該当する。
加工部４は、光測距装置３から出力された距離に基づいて測定対象物１を加工する。
加工部４の加工例としては、光測距装置３から出力された距離が設計値と一致するように、測定対象物１を研磨する加工又は測定対象物１を切削する加工などが考えられる。
検査部５は、光測距装置３から出力された距離に基づいて、表面部位の面粗さ又は表面部位の凹凸を検査する。
検査部５の検査例としては、光測距装置３から出力された距離が設計値と一致しているか否かを判定する検査などが考えられる。

図２は、実施の形態１による光測距装置３を示す構成図である。
図２において、周波数掃引光出力部１０は、周波数変化信号出力部１１及びレーザ光源１２を備えている。
周波数掃引光出力部１０は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を光送信部２０に繰り返し出力する。

周波数変化信号出力部１１は、クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号をレーザ光源１２に出力する。
周波数変化信号出力部１１から出力される周波数変化信号としては、三角波信号のほか、正弦波などが考えられる。実施の形態１の光測距装置３では、周波数変化信号出力部１１が、周波数変化信号として、三角波信号を出力するものとする。
三角波信号は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する信号である。
三角波信号の周波数は、最高周波数ｆ_ｍａｘに到達すると、一旦、最低周波数ｆ_ｍｉｎに戻ってから、再度、最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する。

レーザ光源１２は、光ファイバを介して、光送信部２０の光カプラ２１と接続されている。
レーザ光源１２は、周波数変化信号出力部１１から三角波信号を受けると、時間の経過に伴う周波数の変化が、三角波信号の周波数の変化と一致する周波数掃引光を光カプラ２１に出力する。

光送信部２０は、光カプラ２１及び一斉照射用レンズ２２を備えている。
光送信部２０は、周波数掃引光出力部１０から出力された周波数掃引光を参照光として信号処理部３０に出力する。
また、光送信部２０は、周波数掃引光出力部１０から出力された周波数掃引光を照射光として、測定対象物１に向けて照射する。

光カプラ２１は、光ファイバを介して、一斉照射用レンズ２２と接続され、光ファイバを介して、信号処理部３０の光干渉部３１と接続されている。
光カプラ２１は、周波数掃引光出力部１０から出力された周波数掃引光を２つに分岐し、分岐後の一方の周波数掃引光を一斉照射用レンズ２２に出力し、分岐後の他方の周波数掃引光を参照光として光干渉部３１に出力する。
一斉照射用レンズ２２は、凹面レンズなどによって実現される。
一斉照射用レンズ２２は、光カプラ２１から出力された周波数掃引光のビーム径を広げ、ビーム径が広がった周波数掃引光を照射光として、測定対象物１に向けて空間に放射する。

信号処理部３０は、光干渉部３１、光検出器３２、スイッチ３３、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と称する）３４及び距離算出部３５を備えている。
光干渉部３１は、光ファイバを介して、光検出器３２に含まれているＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）３２−１〜３２−Ｎのそれぞれと接続されている。
光干渉部３１は、測定対象物１における部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに反射された照射光を反射光として受信する。
光干渉部３１は、受信したそれぞれの反射光と光カプラ２１から出力された参照光とを干渉させて、それぞれの反射光と参照光との干渉光を光検出器３２に出力する。

光検出器３２は、Ｎ個の受光素子（以下、「ＰＤ」と称する）３２−１〜３２−Ｎが２次元又は１次元に配置されている。
ＰＤ３２−１〜３２−Ｎは、測定対象物１における部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応する位置に配置されている。
ＰＤ３２−１〜３２−Ｎは、光干渉部３１から出力されたそれぞれの干渉光を検出して、それぞれの干渉光の検出信号をスイッチ３３に出力する。
光検出器３２に配置されるＰＤの個数は、何個でもよいが、距離測定対象の部位の個数が数百〜数千個であれば、光検出器３２には、数百〜数千個のＰＤが配置される。

制御信号生成部４０は、クロック信号に同期して、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中で、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、制御信号をスイッチ３３に出力する。
スイッチ３３は、制御信号生成部４０から出力された制御信号に従って、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択し、選択した検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力する。
Ａ／Ｄ変換器３４は、スイッチ３３から出力された検出信号をアナログ信号からデジタル信号（以下、「デジタル検出信号」と称する）に変換し、デジタル検出信号を距離算出部３５に出力する。

距離算出部３５は、フーリエ変換部３５ａ及び距離算出処理部３５ｂを備えている。距離算出部３５は、パソコンなどの演算装置によって実現することが可能である。
距離算出部３５は、Ａ／Ｄ変換器３４から出力されたデジタル検出信号に基づいて、測定対象物１の部位１−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）までの距離を算出する処理を実施する。
フーリエ変換部３５ａは、Ａ／Ｄ変換器３４から出力されたデジタル検出信号をフーリエ変換することで、干渉光の周波数スペクトルを算出し、周波数スペクトルを距離算出処理部３５ｂに出力する処理を実施する。
距離算出処理部３５ｂは、フーリエ変換部３５ａから出力された周波数スペクトルに基づいて、反射光の周波数成分に係る周波数と、参照光の周波数成分に係る周波数との差分を算出する処理を実施する。
また、距離算出処理部３５ｂは、算出した差分から、光測距装置３から部位１−ｎまでの距離を算出する処理を実施する。

次に、図２に示す光測距装置３の動作について説明する。
周波数掃引光出力部１０は、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を光送信部２０に繰り返し出力する。
以下、周波数掃引光出力部１０による周波数掃引光の出力動作を具体的に説明する。
周波数変化信号出力部１１は、クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号として、三角波信号をレーザ光源１２に出力する。
図３は、三角波信号の波形及びクロック信号の波形を示す説明図である。
三角波信号は、時間の経過に伴って周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する信号である。
三角波信号は、周波数が最高周波数ｆ_ｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎに戻ってから、再度、周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎから最高周波数ｆ_ｍａｘまで変化する。

レーザ光源１２は、周波数変化信号出力部１１から三角波信号を受けると、時間の経過に伴う周波数の変化が、三角波信号の周波数の変化と一致する周波数掃引光を光カプラ２１に出力する。
図４は、レーザ光源１２から出力される周波数掃引光としての参照光と、測定対象物１の部位１−１〜１−４に反射された反射光とを示す説明図である。
図５は、測定対象物１における部位１−１〜１−４を示す説明図である。
周波数掃引光についても、三角波信号と同様に、周波数が最高周波数ｆ_ｍａｘに到達すると、一旦、周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎに戻り、その後、周波数掃引が再開される。
走査（Ｘ_１）は、測定対象物１の部位１−１に反射された反射光が走査される時間帯を示し、走査（Ｘ_２）は、測定対象物１の部位１−２に反射された反射光が走査される時間帯を示している。
走査（Ｘ_３）は、測定対象物１の部位１−３に反射された反射光が走査される時間帯を示し、走査（Ｘ_４）は、測定対象物１の部位１−４に反射された反射光が走査される時間帯を示している。

光送信部２０は、周波数掃引光出力部１０から出力された周波数掃引光を参照光として信号処理部３０に出力する。
また、光送信部２０は、周波数掃引光出力部１０から出力された周波数掃引光を照射光として測定対象物１に向けて照射する。
以下、光送信部２０による照射光の照射動作を具体的に説明する。

光カプラ２１は、レーザ光源１２から周波数掃引光を受けると、周波数掃引光を２つに分岐する。
光カプラ２１は、分岐後の一方の周波数掃引光を一斉照射用レンズ２２に出力し、分岐後の他方の周波数掃引光を参照光として光干渉部３１に出力する。
一斉照射用レンズ２２は、光カプラ２１から周波数掃引光を受けると、周波数掃引光のビーム径を広げ、ビーム径が広がった周波数掃引光を照射光として、測定対象物１に向けて空間に放射する。

光干渉部３１は、一斉照射用レンズ２２が照射光を測定対象物１に向けて空間に放射すると、測定対象物１における部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに反射された照射光を反射光として受信する。照射光の光ビーム径は、光検出器３２に含まれているＰＤの数と、分解能ターゲット値とに依存して大きさが変わる。例えば、光検出器３２に含まれているＰＤの数が４、分解能ターゲット値が１００μｍの場合、照射光の光ビーム径は、４００μｍの大きさとなる。
図５に示すように、測定対象物１の部位が１−１〜１−４の場合、光干渉部３１は、部位１−１〜１−４のそれぞれに反射された照射光を反射光として受信する。
光干渉部３１は、受信したそれぞれの反射光と光カプラ２１から出力された参照光とを干渉させて、それぞれの反射光と参照光との干渉光を光検出器３２に出力する。

光検出器３２に含まれているＰＤ３２−１〜３２−Ｎは、測定対象物１における部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応する位置に配置されている。
ＰＤ３２−１〜３２−Ｎは、光干渉部３１から出力されたそれぞれの干渉光を検出して、それぞれの干渉光の検出信号をスイッチ３３に出力する。
図５に示すように、測定対象物１の部位が１−１〜１−４の場合、ＰＤ３２−１は、部位１−１に反射された反射光を含む干渉光を検出し、ＰＤ３２−２は、部位１−２に反射された反射光を含む干渉光を検出する。
また、ＰＤ３２−３は、部位１−３に反射された反射光を含む干渉光を検出し、ＰＤ３２−４は、部位１−４に反射された反射光を含む干渉光を検出する。

制御信号生成部４０は、クロック信号に同期して、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中で、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、制御信号をスイッチ３３に出力する。
例えば、１個目のクロック信号に同期して生成される制御信号は、ＰＤ３２−１から出力された検出信号を選択する旨を示す信号である。
２個目のクロック信号に同期して生成される制御信号は、ＰＤ３２−２から出力された検出信号を選択する旨を示す信号である。
Ｎ個目のクロック信号に同期して生成される制御信号は、ＰＤ３２−Ｎから出力された検出信号を選択する旨を示す信号である。
光検出器３２には、Ｎ個のＰＤ３２−１〜３２−Ｎが含まれているため、制御信号生成部４０は、スイッチ３３によって、Ｎ個の検出信号が順番に選択されるように、Ｎ個の制御信号を順番に生成する。
スイッチ３３は、制御信号生成部４０から出力された制御信号に従って、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択し、選択した検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力する。

図６は、制御信号生成部４０から出力された制御信号、ＰＤ３２−１〜３２−４から出力された干渉光の検出信号及びスイッチ３３から出力された検出信号を示す説明図である。
図６では、図面の簡略化のため、三角波信号の周波数が最低周波数ｆ_ｍｉｎに戻ってから、直ちに三角波信号の周波数掃引が再開されており、三角波信号の周波数が、一定時間、最低周波数ｆ_ｍｉｎの状態になることを表していない。
制御信号生成部４０から出力される制御信号は、選択対象の検出信号毎に、電圧が異なる信号である。
図６では、制御信号生成部４０は、１個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−１から出力された検出信号を選択する旨を示す制御信号をスイッチ３３に出力している。
制御信号生成部４０は、２個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−２から出力された検出信号を選択する旨を示す制御信号をスイッチ３３に出力している。
また、制御信号生成部４０は、３個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−３から出力された検出信号を選択する旨を示す制御信号をスイッチ３３に出力している。
さらに、制御信号生成部４０は、４個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−４から出力された検出信号を選択する旨を示す制御信号をスイッチ３３に出力している。

図６では、スイッチ３３は、１個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−１から出力された検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力し、スイッチ３３は、２個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−２から出力された検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力している。
また、スイッチ３３は、３個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−３から出力された検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力し、スイッチ３３は、４個目のクロック信号に同期して、ＰＤ３２−４から出力された検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力している。

Ａ／Ｄ変換器３４は、スイッチ３３から検出信号を受ける毎に、検出信号をアナログ信号からデジタル信号し、デジタル信号をデジタル検出信号として距離算出部３５に出力する。
Ａ／Ｄ変換器３４は、Ｎ個のＰＤ３２−１〜３２−Ｎが光検出器３２に含まれているため、Ｎ個のデジタル検出信号を順番に距離算出部３５に出力する。

距離算出部３５のフーリエ変換部３５ａは、Ａ／Ｄ変換器３４からデジタル検出信号を受けると、デジタル検出信号をフーリエ変換することで、干渉光の周波数スペクトルを算出し、周波数スペクトルを距離算出処理部３５ｂに出力する。
フーリエ変換部３５ａは、Ｎ個のＰＤ３２−１〜３２−Ｎが光検出器３２に含まれているため、Ｎ個のデジタル検出信号を順番にフーリエ変換する。
図７は、フーリエ変換部３５ａにより算出された干渉光の周波数スペクトルを示す説明図である。
図７には、測定対象物１の部位が１−１〜１−４の場合の周波数スペクトルが示されている。
光干渉部３１に反射光が到達する時刻は、光干渉部３１に参照光が到達する時刻よりも遅れるため、光干渉部３１への反射光の到達時刻と、光干渉部３１への参照光の到達時刻との間に時刻差が生じる。
周波数スペクトルには、上記の時刻差に対応する周波数差Δｆ_１〜Δｆ_４の成分が含まれており、周波数差Δｆ_１〜Δｆ_４は、測定対象物１におけるそれぞれの部位１−１〜１−４までの距離と正比例する。周波数差Δｆ_１〜Δｆ_４は、部位１−１〜１−４に反射されたそれぞれの反射光の周波数と参照光の周波数との差分である。Δｆ_１＜Δｆ_２＜Δｆ_３＜Δｆ_４である。

距離算出処理部３５ｂは、フーリエ変換部３５ａから周波数スペクトルを受けると、周波数スペクトルに含まれている周波数差Δｆ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する。
距離算出処理部３５ｂは、Ｎ個のＰＤ３２−１〜３２−Ｎが光検出器３２に含まれているため、Ｎ個の周波数スペクトルに含まれている周波数差Δｆ_ｎを順番に算出する。
距離算出処理部３５ｂは、周波数差Δｆ_ｎを算出する毎に、当該周波数差Δｆ_ｎから、光測距装置３から測定対象物１の部位１−ｎまでの距離Ｌ_ｎを算出する。
周波数差Δｆ_ｎから距離Ｌ_ｎを算出する処理自体は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

以上の実施の形態１は、光干渉部３１から出力された干渉光を受光して、干渉光の検出信号を出力するＰＤ３２−１〜３２−Ｎを有する光検出器３２と、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するスイッチ３３とを設け、距離算出部３５が、スイッチ３３により選択された検出信号に基づいて、測定対象物１におけるいずれかの部位までの距離を算出するように、光測距装置３を構成した。したがって、光測距装置３は、複数のＡ／Ｄ変換器を実装することなく、測定対象物１における複数の部位までの距離を算出することができる。

また、実施の形態１は、光干渉部３１が、測定対象物１における３つ以上の部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに反射された周波数掃引光を反射光として受信し、受信したそれぞれの反射光と参照光とを干渉させて、それぞれの反射光と参照光との干渉光を出力し、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎが、測定対象物１における３つ以上の部位１−１〜１−Ｎのそれぞれに対応する位置に配置されており、光干渉部３１から出力されたそれぞれの干渉光を受光して、それぞれの干渉光の検出信号をＡ／Ｄ変換器３４に出力するように、光測距装置３を構成した。したがって、光測距装置３は、測定対象物１における３つ以上の部位１−１〜１−Ｎまでの距離を算出することができる。

実施の形態１の光測距装置３では、レーザ光源１２から出力される周波数掃引光における掃引特性が線形である例を示している。
しかし、これに限るものではなく、レーザ光源１２から出力される周波数掃引光における掃引特性が非線形であってもよい。
周波数掃引光における掃引特性が非線形である場合、周波数差Δｆ_ｎと距離Ｌ_ｎが正比例の関係にならないため、距離算出処理部３５ｂが、周波数差Δｆ_ｎを補償し、補償後の周波数差Δｆ_ｎから距離Ｌ_ｎを算出する。
周波数掃引光における掃引特性が非線形である場合の周波数差Δｆ_ｎの補償処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

なお、スイッチ３３は、ＰＤ３２−１〜３２−Ｎから出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するものであれば、どのような構成でもよいが、例えば、図８に示すような構成が考えられる。
図８は、Ｎ＝１６である場合のスイッチ３３の一例を示す構成図である。
図８に示すスイッチ３３は、スイッチング素子３３−１〜３３−１５が組み合わされることで構成されている。
スイッチング素子３３−１〜３３−１５のそれぞれは、２つの入力信号のうち、いずれか１つの入力信号を選択する切替スイッチである。
図８の例では、スイッチ３３が、ＰＤ３２−１〜３２−１６から出力された検出信号の中から、ＰＤ３２−３から出力された検出信号を選択している。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、測定対象物までの距離を算出する光測距装置に適している。
また、この発明は、光測距装置を備える加工装置に適している。

１測定対象物、１−１〜１−Ｎ部位、２加工装置、３光測距装置、４加工部、５検査部、１０周波数掃引光出力部、１１周波数変化信号出力部、１２レーザ光源、２０光送信部、２１光カプラ、２２一斉照射用レンズ、３０信号処理部、３１光干渉部、３２光検出器、３２−１〜３２−ＮＰＤ、３３スイッチ、３３−１〜３３−１５スイッチング素子、３４Ａ／Ｄ変換器、３５距離算出部、３５ａフーリエ変換部、３５ｂ距離算出処理部、４０制御信号生成部。

Claims

クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を繰り返し出力する周波数掃引光出力部と、
前記周波数掃引光出力部から出力された周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光を測定対象物に向けて照射する光送信部と、
前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信し、前記反射光と前記参照光とを干渉させて、前記反射光と前記参照光との干渉光を出力する光干渉部と、
前記光干渉部から出力された干渉光を受光して、前記干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、
前記クロック信号に同期して、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、出力する制御信号生成部と、
前記複数の受光素子から出力された検出信号の中から、前記制御信号生成部により出力された制御信号に従っていずれか１つの検出信号を選択するスイッチと、
前記スイッチにより選択された検出信号に基づいて、前記測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出する距離算出部と、
を備えた光測距装置。
クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号を出力する周波数変化信号出力部、及び前記周波数変化信号出力部からの周波数変化信号を受け、当該周波数変化信号の周波数の変化と一致する周波数掃引光を出力するレーザ光源を具備し、クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する前記周波数掃引光を繰り返し出力する周波数掃引光出力部と、
前記周波数掃引光出力部から出力された周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光を測定対象物に向けて照射する光送信部と、
前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信し、前記反射光と前記参照光とを干渉させて、前記反射光と前記参照光との干渉光を出力する光干渉部と、
前記光干渉部から出力された干渉光を受光して、前記干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、
前記複数の受光素子から出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するスイッチと、
前記スイッチにより選択された検出信号に基づいて、前記測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出する距離算出部と、
前記クロック信号に同期して、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、出力する制御信号生成部とを備え、
前記スイッチは、前記制御信号生成部により出力された制御信号に従って１つの検出信号を選択する
ことを特徴とする光測距装置。
前記光干渉部は、前記測定対象物における３つ以上の部位のそれぞれに反射された周波数掃引光を反射光として受信し、受信したそれぞれの反射光と前記参照光とを干渉させて、それぞれの反射光と前記参照光との干渉光を出力し、
前記複数の受光素子は、前記測定対象物における３つ以上の部位のそれぞれに対応する位置に配置されており、前記光干渉部から出力されたそれぞれの干渉光を受光して、それぞれの干渉光の検出信号を前記スイッチに出力することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光測距装置。
前記スイッチにより選択された検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を前記距離算出部に出力するアナログデジタル変換器を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光測距装置。
前記スイッチは、複数のスイッチング素子が組み合わされることで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光測距装置。
測定対象物までの距離を測定する光測距装置と、前記光測距装置により測定された距離に基づいて、前記測定対象物を加工する加工部とを備え、
前記光測距装置は、
クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数掃引光を繰り返し出力する周波数掃引光出力部と、
前記周波数掃引光出力部から出力された周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光を測定対象物に向けて照射する光送信部と、
前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信し、前記反射光と前記参照光とを干渉させて、前記反射光と前記参照光との干渉光を出力する光干渉部と、
前記光干渉部から出力された干渉光を受光して、前記干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、
前記クロック信号に同期して、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、出力する制御信号生成部と、
前記複数の受光素子から出力された検出信号の中から、前記制御信号生成部により出力された制御信号に従っていずれか１つの検出信号を選択するスイッチと、
前記スイッチにより選択された検出信号に基づいて、前記測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出する距離算出部と、
を備えた加工装置。
測定対象物までの距離を測定する光測距装置と、前記光測距装置により測定された距離に基づいて、前記測定対象物を加工する加工部とを備え、
前記光測距装置は、
クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変化信号を出力する周波数変化信号出力部、及び前記周波数変化信号出力部からの周波数変化信号を受け、当該周波数変化信号の周波数の変化と一致する周波数掃引光を出力するレーザ光源を具備し、クロック信号に同期して、時間の経過に伴って周波数が変化する前記周波数掃引光を繰り返し出力する周波数掃引光出力部と、
前記周波数掃引光出力部から出力された周波数掃引光を参照光として出力するとともに、前記周波数掃引光を測定対象物に向けて照射する光送信部と、
前記測定対象物に反射された周波数掃引光を反射光として受信し、前記反射光と前記参照光とを干渉させて、前記反射光と前記参照光との干渉光を出力する光干渉部と、
前記光干渉部から出力された干渉光を受光して、前記干渉光の検出信号を出力する複数の受光素子を有する光検出器と、
前記複数の受光素子から出力された検出信号の中から、いずれか１つの検出信号を選択するスイッチと、
前記スイッチにより選択された検出信号に基づいて、前記測定対象物におけるいずれかの部位までの距離を算出する距離算出部と、
前記クロック信号に同期して、選択対象の検出信号を示す制御信号を生成し、出力する制御信号生成部とを備え、
前記スイッチは、前記制御信号生成部により出力された制御信号に従って１つの検出信号を選択する
ことを特徴とする加工装置。
前記光測距装置により測定された距離に基づいて、前記測定対象物を検査する検査部を備えていることを特徴とする請求項６又は７記載の加工装置。