[go: up one dir, main page]

WO2024070443A1 - コントローラ及び光干渉測距センサ - Google Patents

コントローラ及び光干渉測距センサ Download PDF

Info

Publication number
WO2024070443A1
WO2024070443A1 PCT/JP2023/031450 JP2023031450W WO2024070443A1 WO 2024070443 A1 WO2024070443 A1 WO 2024070443A1 JP 2023031450 W JP2023031450 W JP 2023031450W WO 2024070443 A1 WO2024070443 A1 WO 2024070443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
variable delay
delay amount
main
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/031450
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和哉 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to DE112023004004.4T priority Critical patent/DE112023004004T5/de
Priority to CN202380061455.1A priority patent/CN119790280A/zh
Publication of WO2024070443A1 publication Critical patent/WO2024070443A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02004—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using frequency scans
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
    • G01B9/02069—Synchronization of light source or manipulator and detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/60—Reference interferometer, i.e. additional interferometer not interacting with object

Definitions

  • the present invention relates to a controller and an optical interferometric distance sensor.
  • optical distance measuring sensors that measure the distance to a measurement object without contact have become widespread.
  • an optical interferometric distance measuring sensor that generates interference light based on a reference light and a measurement light from light projected from a wavelength swept light source, and measures the distance to the measurement object based on the interference light.
  • this type of optical frequency domain reflectometry device has a sweep light source, an auxiliary interferometer that gives a predetermined delay time difference to a portion of the output light of the sweep light source to cause interference and output as an auxiliary interference signal, a measurement interferometer that inputs a portion of the output light of the sweep light source to the optical fiber under test and causes the reflected light from the optical fiber under test and a portion of the output light of the sweep light source to interfere with each other and output as a measurement interference signal, a linearization section that uses the auxiliary interference signal to correct the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source for the measurement interference signal, and a Fourier transform section that performs a Fourier transform on the output signal of the linearization section to output a frequency domain signal, in which the linearization section has multiple linearization sections each having a different delay time, and the Fourier transform section has a weighted addition/Fourier transform section that adds the output signals of the multiple linearization sections with different weights and outputs the Fourier transformed result (
  • an optical interferometer distance measuring sensor equipped with a controller and an optical fiber cable including an optical fiber connecting the controller and a sensor head
  • the optical path length of the light propagating from the main interferometer to the sensor head via the optical fiber and from the sensor head to the main interferometer also becomes longer, which can cause a timing discrepancy between the signal generated by the main interferometer and the signal generated by the secondary interferometer to correct the sampling period.
  • the round trip time of the light that is irradiated from the sensor head to the object to be measured, reflected by the object to be measured, and returned to the sensor head becomes long.
  • a timing discrepancy can occur between the signal generated by the main interferometer and the signal generated by the secondary interferometer to correct the sampling period.
  • the signal from the main interferometer cannot be sampled accurately, and an error can occur in the distance to the object to be measured.
  • the present invention was made in consideration of these circumstances, and one of its objectives is to provide a controller and optical interferometric distance measuring sensor that can sample the signal generated by the main interferometer at the appropriate timing.
  • the controller is a controller connected to a sensor head that irradiates light on a measurement object via an optical fiber cable, and includes a light source that projects light while changing the wavelength, and a main interferometer that is connected to the sensor head via an optical fiber included in the optical fiber cable, and the main interferometer is supplied with light projected from the light source and generates a main interference signal based on a measurement light that is irradiated on the measurement object and reflected by the sensor head and a reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the measurement light, the sub-interferometer is supplied with light projected from the light source and generates a sub-interference signal based on two lights that follow different optical paths, a variable delay amount generating unit that generates a variable delay amount, a correction signal generating unit that generates a correction signal that corrects the sampling period of the main interference signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, a processing unit that measures the distance to the measurement object
  • variable delay amount is set based on at least one of the peak in the signal based on the digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and the peak in the digital signal of the reflected signal generated by the main interferometer and sampled based on the correction signal.
  • the signal generated by the main interferometer can be sampled at an appropriate timing by the correction signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, and the distance to the measurement object can be measured with high accuracy.
  • variable delay amount setting unit may set the variable delay amount based on at least one of the peak intensity in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the peak intensity in the signal based on the digital signal of the reflected signal.
  • variable delay amount is set based on at least one of the peak intensity in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the peak intensity in the signal based on the digital signal of the reflected signal. This makes it possible to easily set the variable delay amount that reduces the timing discrepancy that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal.
  • variable delay amount setting unit may set the variable delay amount based on at least one of the maximum value of peak intensity in a signal based on digital signals of the multiple main interference signals and the maximum value of peak intensity in a signal based on digital signals of the multiple reflected signals.
  • variable delay amount is set based on at least one of the maximum value of the peak intensity in the signal based on the digital signals of the multiple main interference signals and the maximum value of the peak intensity in the signal based on the digital signals of the multiple reflected signals.
  • variable delay amount setting unit may set the variable delay amount based on at least one of a peak predetermined value width in a signal based on a digital signal of the main interference signal and a peak predetermined value width in a signal based on a digital signal of the reflected signal.
  • variable delay amount is set based on at least one of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of the reflected signal. This makes it possible to easily set the variable delay amount that reduces the timing discrepancy that may occur between the main interference signal, the reflected signal, and the secondary interference signal.
  • variable delay amount setting unit may set the variable delay amount based on at least one of the minimum value of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signals of the multiple main interference signals and the minimum value of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signals of the multiple reflected signals.
  • the variable delay amount is set based on at least one of the minimum value of the peak half-width in the signal based on the digital signals of the multiple main interference signals and the minimum value of the peak half-width in the signal based on the digital signals of the multiple reflected signals.
  • the variable delay amount is set based on the minimum value of the multiple predetermined peak widths, it is possible to set a variable delay amount that further reduces the timing deviation that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal, compared to when the variable delay amount is set based on the predetermined peak width in the signal based on the digital signal of one main interference signal or the predetermined peak width in the signal based on the digital signal of one reflected signal.
  • variable delay amount setting unit may set the variable delay amount so that at least one of the number of measurement points included in the specified peak value range in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the number of measurement points included in the specified peak value range in the signal based on the digital signal of the reflected signal is less than a specified number.
  • variable delay amount is set so that at least one of the number of measurement points included in the predetermined peak value range in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the number of measurement points included in the predetermined peak value range in the signal based on the digital signal of the reflected signal is less than a predetermined number.
  • the reflected signal may be generated by a portion of the light projected from the light source and supplied to the main interferometer being reflected by a member having a reflecting surface formed in the main interferometer.
  • the reflected signal is generated when a portion of the light projected from the light source and supplied to the main interferometer is reflected by a member having a reflecting surface formed in the main interferometer. This makes it possible to obtain a reflected signal from the reflecting surface of the main interferometer even when there is no measurement object and the main interference signal cannot be obtained, so that the variable delay amount can be set without preparing (readying) a measurement object.
  • variable delay amount generating unit may include a variable delay line that generates a delay in the time axis direction according to the variable delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and outputs the delay to the correction signal generating unit.
  • the variable delay amount generating unit includes a variable delay line that generates a delay in the time axis direction according to the variable delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and outputs the delay to the correction signal generating unit.
  • the correction signal generating unit may generate a pulse signal, which is a correction signal, based on a signal in which a delay corresponding to a variable delay amount is generated in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal.
  • a correction signal that is, a pulse signal
  • a correction signal is generated based on a signal in which a delay corresponding to a variable delay amount is generated in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal. This makes it easy to match (synchronize) the timing of sampling of the main interference signal.
  • the above embodiment may further include an AD converter that samples the main interferometer signal, which is the main interference signal converted into an electrical signal, based on the correction signal and converts it into a digital signal.
  • an AD converter that samples the main interferometer signal, which is the main interference signal converted into an electrical signal, based on the correction signal and converts it into a digital signal.
  • an AD converter is further provided that samples the main interferometer signal, which is obtained by converting the main interference signal into an electrical signal, based on the correction signal and converts it into a digital signal. This makes it easy to realize a configuration in which the main interferometer signal is converted into a digital signal with a corrected sampling period.
  • An optical interferometer is an optical interferometer including a controller and an optical fiber cable connected to the controller, the controller including a light source that projects light while changing the wavelength, and a main interferometer that is connected to a sensor head via an optical fiber included in the optical fiber cable, the main interferometer being supplied with light projected from the light source and generating a main interference signal based on measurement light that is irradiated by the sensor head on an object to be measured and reflected, and reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the measurement light, and the main interferometer being supplied with light projected from the light source and generating a sub-interference signal based on two lights that follow different optical paths.
  • the system includes a sub-interferometer, a variable delay amount generating unit that generates a variable delay amount, a correction signal generating unit that generates a correction signal that corrects the sampling period of the main interference signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, a processing unit that measures the distance to the measurement object based on the main interference signal and the correction signal, and a variable delay amount setting unit that sets the variable delay amount based on at least one of a peak in a signal based on a digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and a peak in a digital signal of a reflected signal generated by the main interferometer and based on a digital signal sampled based on the correction signal.
  • variable delay amount is set based on at least one of the peak in the signal based on the digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and the peak in the digital signal of the reflected signal generated by the main interferometer and sampled based on the correction signal.
  • the signal generated by the main interferometer can be sampled at an appropriate timing by the correction signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, and the distance to the measurement object can be measured with high accuracy.
  • the signal generated by the main interferometer can be sampled at an appropriate time.
  • 1 is a schematic external view showing an overview of a displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • 5 is a flowchart showing a procedure for measuring a measurement object T by the displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • 1 is a functional block diagram showing an overview of a sensor system 1 in which a displacement sensor 10 according to the present disclosure is used.
  • 1 is a flowchart showing a procedure for measuring a measurement object T by a sensor system 1 in which a displacement sensor 10 according to the present disclosure is used.
  • 1 is a diagram for explaining the principle by which a measurement object T is measured by a displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining another principle by which the measurement object T is measured by the displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a sensor head 20.
  • 2 is a schematic diagram showing the internal structure of a sensor head 20.
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram for explaining signal processing in a controller 30.
  • 10 is a flowchart showing a method for calculating a distance to a measurement object T, which is executed by a processing unit 59 in the controller 30.
  • 1 is a diagram showing how a waveform signal (voltage vs. time) is frequency-converted into a spectrum (voltage vs. frequency).
  • FIG. 13 is a diagram showing how a spectrum (voltage vs. frequency) is distance-transformed into a spectrum (voltage vs. distance).
  • FIG. 13 is a diagram showing how a peak is detected based on a spectrum (voltage vs. distance) and a corresponding distance value is calculated.
  • 1 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of an optical interferometric distance measuring sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a specific example of a configuration for generating a reflected wave in the main interferometer 150.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the relationship between a peak in a signal based on a digital signal of a main interference signal and a peak in a signal based on a digital signal of a reflected signal, and the variable delay amount.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the relationship between the peak half-width in a signal based on a digital signal of a main interference signal and the peak half-width in a signal based on a digital signal of a reflected signal, and the FFT conditions.
  • 10 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure performed by a controller 110 according to an embodiment.
  • 10 is a flowchart illustrating another example of a processing procedure performed by the controller 110 in an embodiment.
  • 13 is a flowchart illustrating yet another example of the processing procedure performed by the controller 110 in an embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of another optical interferometric distance measuring sensor 101 according to an embodiment of the present invention.
  • 13A and 13B are diagrams showing variations of an interferometer that generates interference light using measurement light and reference light.
  • Fig. 1 is a schematic external view showing an overview of a displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • the displacement sensor 10 includes a sensor head 20 and a controller 30, and measures the displacement of a measurement object T (the distance to the measurement object T).
  • the sensor head 20 and the controller 30 are connected by an optical fiber 40, and an objective lens 21 is attached to the sensor head 20.
  • the controller 30 also includes a display unit 31, a setting unit 32, an external interface (I/F) unit 33, an optical fiber connection unit 34, and an external memory unit 35, and further includes a measurement processing unit 36 inside.
  • the sensor head 20 irradiates the light output from the controller 30 onto the measurement object T and receives the reflected light from the measurement object T.
  • the sensor head 20 has an internal reference surface that reflects the light output from the controller 30 and received via the optical fiber 40 and causes it to interfere with the reflected light from the measurement object T described above.
  • the objective lens 21 is attached to the sensor head 20, but the objective lens 21 is configured to be removable.
  • the objective lens 21 can be replaced with an objective lens having an appropriate focal length depending on the distance between the sensor head 20 and the measurement target T, or a variable-focus objective lens may be used.
  • guide light visible light
  • the sensor head 20 and/or the measurement object T may be installed so that the measurement object T is appropriately positioned within the measurement area of the displacement sensor 10.
  • the optical fiber 40 is connected to and extends from the optical fiber connection section 34 disposed in the controller 30, connecting the controller 30 and the sensor head 20. As a result, the optical fiber 40 is configured to guide the light projected from the controller 30 to the sensor head 20, and further guide the return light from the sensor head 20 to the controller 30.
  • the optical fiber 40 is detachable from the sensor head 20 and the controller 30, and various optical fibers can be used in terms of length, thickness, characteristics, etc.
  • the display unit 31 is configured, for example, with a liquid crystal display or an organic EL display.
  • the display unit 31 displays the set value of the displacement sensor 10, the amount of returned light received from the sensor head 20, and the measurement results such as the displacement of the measurement object T measured by the displacement sensor 10 (the distance to the measurement object T).
  • the setting unit 32 performs the settings necessary for measuring the measurement target T, for example, by the user operating a mechanical button, a touch panel, or the like. All or part of these necessary settings may be set in advance, or may be set from an external connection device (not shown) connected to the external I/F unit 33. In addition, the external connection device may be connected via a network in a wired or wireless manner.
  • the external I/F unit 33 is composed of, for example, Ethernet (registered trademark), RS232C, and analog output.
  • the external I/F unit 33 may be connected to another connected device to allow necessary settings to be made from the external connected device, or may output the measurement results, etc., measured by the displacement sensor 10 to the external connected device.
  • the controller 30 may import data stored in the external memory unit 35 to perform settings required for measuring the measurement object T.
  • the external memory unit 35 is, for example, an auxiliary storage device such as a USB (Universal Serial Bus) memory, and stores in advance settings required for measuring the measurement object T.
  • USB Universal Serial Bus
  • the measurement processing unit 36 in the controller 30 includes, for example, a wavelength swept light source that emits light while continuously changing the wavelength, a light receiving element that receives the return light from the sensor head 20 and converts it into an electrical signal, and a signal processing circuit that processes the electrical signal.
  • various processes are performed using a control unit, a memory unit, etc. based on the return light from the sensor head 20 so that the displacement of the measurement object T (the distance to the measurement object T) is ultimately calculated. Details of these processes will be described later.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the procedure for measuring the measurement object T by the displacement sensor 10 according to the present disclosure. As shown in FIG. 2, the procedure includes steps S11 to S14.
  • step S11 the sensor head 20 is installed.
  • guide light is irradiated from the sensor head 20 onto the measurement target T, and the sensor head 20 is installed in an appropriate position based on the guide light.
  • the amount of light received from the sensor head 20 is displayed on the display unit 31 of the controller 30, and the user may adjust the orientation of the sensor head 20 and the distance (height position) from the measurement object T while checking the amount of light received. Basically, if the light from the sensor head 20 can be irradiated perpendicularly (at an angle closer to perpendicular) to the measurement object T, the amount of light reflected from the measurement object T will be large, and the amount of light received from the sensor head 20 will also be large.
  • the objective lens 21 may be replaced with one having an appropriate focal length depending on the distance between the sensor head 20 and the measurement object T.
  • an error or incomplete settings may be displayed on the display unit 31 or output to an externally connected device to notify the user.
  • step S12 various measurement conditions are set when measuring the measurement object T.
  • the user sets the inherent calibration data (such as a function that corrects linearity) of the sensor head 20 by operating the setting unit 32 in the controller 30.
  • the sampling time, the measurement range, and a threshold for determining whether the measurement result is normal or abnormal may be set.
  • the measurement period may be set according to the characteristics of the measurement object T, such as the reflectance and material of the measurement object T, and a measurement mode may be set according to the material of the measurement object T.
  • step S13 the sensor head 20 installed in step S11 measures the measurement object T according to the measurement conditions and various parameters set in step S12.
  • the measurement processing unit 36 of the controller 30 light is projected from the wavelength swept light source, the light returning from the sensor head 20 is received by a light receiving element, and the signal processing circuit performs frequency analysis, distance conversion, peak detection, etc., to calculate the displacement of the measurement object T (the distance to the measurement object T). Specific details of the measurement process will be described later.
  • step S14 the measurement results obtained in step S13 are output.
  • the displacement of the measurement object T (distance to the measurement object T) measured in step S13 is displayed on the display unit 31 in the controller 30, or output to an externally connected device.
  • the displacement of the measurement object T (distance to the measurement object T) measured in step S13 may be displayed or output as a measurement result as to whether it is within a normal range or abnormal based on the threshold value set in step S12.
  • the measurement conditions, various parameters, measurement mode, etc. set in step S12 may also be displayed or output.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an overview of a sensor system 1 in which a displacement sensor 10 according to the present disclosure is used.
  • the sensor system 1 includes the displacement sensor 10, a control device 11, a control signal input sensor 12, and an external connection device 13.
  • the displacement sensor 10 is connected to the control device 11 and the external connection device 13 by, for example, a communication cable or an external connection cord (including, for example, an external input line, an external output line, a power line, etc.), and the control device 11 and the control signal input sensor 12 are connected by a signal line.
  • the displacement sensor 10 measures the displacement of the measurement object T (the distance to the measurement object T). The displacement sensor 10 may then output the measurement results, etc. to the control device 11 and the externally connected device 13.
  • the control device 11 is, for example, a PLC (Programmable Logic Controller), and provides various instructions to the displacement sensor 10 when the displacement sensor 10 measures the measurement object T.
  • PLC Programmable Logic Controller
  • control device 11 may output a measurement timing signal to the displacement sensor 10 based on an input signal from a control signal input sensor 12 connected to the control device 11, or may output a zero reset command signal (a signal for setting the current measurement value to 0) or the like to the displacement sensor 10.
  • the control signal input sensor 12 outputs an on/off signal to the control device 11, which indicates the timing for the displacement sensor 10 to measure the measurement object T.
  • the control signal input sensor 12 may be installed near a production line along which the measurement object T moves, and upon detecting that the measurement object T has moved to a predetermined position, output an on/off signal to the control device 11.
  • the external connection device 13 is, for example, a PC (Personal Computer), and the user can operate it to configure various settings for the displacement sensor 10.
  • PC Personal Computer
  • Specific examples include the measurement mode, operation mode, measurement period, and the material of the measurement object T.
  • an "internal synchronous measurement mode” in which measurement is started periodically within the control device 11, or an “external synchronous measurement mode” in which measurement is started in response to an input signal from outside the control device 11, etc. can be selected.
  • an “operation mode” for actually measuring the measurement object T, or an “adjustment mode” for setting the measurement conditions for measuring the measurement object T, etc. can be selected.
  • the measurement period is the period for measuring the measurement object T, and may be set according to the reflectance of the measurement object T. Even if the reflectance of the measurement object T is low, the measurement object T can be properly measured by lengthening the measurement period and setting it appropriately.
  • the "rough surface mode” is selected when the reflected light component is relatively high in diffuse reflection
  • the "mirror surface mode” is selected when the reflected light component is relatively high in specular reflection
  • the "standard mode” is selected as an intermediate mode between the two.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure for measuring a measurement object T by a sensor system 1 in which a displacement sensor 10 according to the present disclosure is used. As shown in FIG. 4, the procedure is for the external synchronization measurement mode described above, and includes steps S21 to S24.
  • step S21 the sensor system 1 detects the measurement object T, which is the object to be measured. Specifically, the control signal input sensor 12 detects that the measurement object T has moved to a predetermined position on the production line.
  • step S22 the sensor system 1 issues a measurement instruction to have the displacement sensor 10 measure the measurement object T detected in step S21.
  • the control signal input sensor 12 outputs an on/off signal to the control device 11 to instruct the timing of measuring the measurement object T detected in step S21
  • the control device 11 outputs a measurement timing signal to the displacement sensor 10 based on the on/off signal to instruct the displacement sensor 10 to measure the measurement object T.
  • step S23 the measurement object T is measured by the displacement sensor 10. Specifically, the displacement sensor 10 measures the measurement object T based on the measurement instruction received in step S22.
  • step S24 the sensor system 1 outputs the measurement results obtained in step S23.
  • the displacement sensor 10 displays the results of the measurement process on the display unit 31, or outputs the results to the control device 11 or the externally connected device 13 via the external I/F unit 33.
  • FIG. 4 has been used to explain the procedure for the external synchronous measurement mode in which the measurement object T is measured by the control signal input sensor 12 detecting the measurement object T
  • the procedure is not limited to this.
  • a measurement timing signal is generated based on a preset cycle to instruct the displacement sensor 10 to measure the measurement object T.
  • 5A is a diagram for explaining the principle of measuring the measurement target T by the displacement sensor 10 according to the present disclosure.
  • the displacement sensor 10 includes a sensor head 20 and a controller 30.
  • the sensor head 20 includes an objective lens 21 and a plurality of collimator lenses 22a to 22c
  • the controller 30 includes a wavelength swept light source 51, an optical amplifier 52, a plurality of isolators 53 and 53a to 53b, a plurality of optical couplers 54 and 54a to 54e, an attenuator 55, a plurality of light receiving elements (e.g., photodetectors (PD)) 56a to 56c, a plurality of amplifier circuits 57a to 57c, a plurality of analog-to-digital (AD) conversion units (e.g., analog-to-digital converters) 58a to 58c, a processing unit (e.g., a processor) 59, a balance detector 60, and a correction signal generating unit 61.
  • PD photodetectors
  • the wavelength swept light source 51 emits a laser beam with a swept wavelength.
  • a VCSEL Very Cavity Surface Emitting Laser
  • mode hopping is unlikely to occur due to the short resonator length, the wavelength can be easily changed, and it can be realized at low cost.
  • the optical amplifier 52 amplifies the light emitted from the wavelength swept light source 51.
  • the optical amplifier 52 may be, for example, an erbium-doped fiber amplifier (EDFA), and may be, for example, an optical amplifier dedicated to 1550 nm.
  • EDFA erbium-doped fiber amplifier
  • the isolator 53 is an optical element that transmits incident light in one direction, and may be placed immediately after the wavelength swept light source 51 to prevent the effects of noise caused by returned light.
  • the light emitted from the wavelength swept light source 51 is amplified by the optical amplifier 52, passes through the isolator 53, and is branched by the optical coupler 54 to the main interferometer and the sub interferometer.
  • the optical coupler 54 may be configured so that the proportion of light branched to the main interferometer and the sub interferometer is 90% or more on the main interferometer side.
  • the light branched off to the main interferometer is further branched by the first-stage optical coupler 54a in the direction of the sensor head 20 and in the direction of the second-stage optical coupler 54b.
  • the light branched by the first-stage optical coupler 54a toward the sensor head 20 passes from the tip of the optical fiber through the collimator lens 22a and the objective lens 21 in the sensor head 20 and is irradiated onto the measurement object T.
  • the tip (end face) of the optical fiber then becomes the reference surface, and the light reflected from the reference surface interferes with the light reflected from the measurement object T, generating interference light that returns to the first-stage optical coupler 54a, and is then received by the light-receiving element 56a and converted into an electrical signal.
  • the light branched by the first-stage optical coupler 54a in the direction of the second-stage optical coupler 54b travels through the isolator 53a to the second-stage optical coupler 54b, which then branches it further into the direction of the sensor head 20 and the direction of the third-stage optical coupler 54c.
  • the light branched from the optical coupler 54b in the direction of the sensor head 20 passes through the collimator lens 22b and the objective lens 21 from the tip of the optical fiber in the sensor head 20 and is irradiated onto the measurement object T.
  • the tip (end face) of the optical fiber then becomes the reference surface, and the light reflected by the reference surface and the light reflected by the measurement object T interfere with each other to generate interference light, which returns to the second-stage optical coupler 54b and is branched by the optical coupler 54b in the directions of the isolator 53a and the light receiving element 56b.
  • the light branched from the optical coupler 54b in the direction of the light receiving element 56b is received by the light receiving element 56b and converted into an electrical signal.
  • the isolator 53a transmits light from the optical coupler 54a in the front stage to the optical coupler 54b in the rear stage and blocks light from the optical coupler 54b in the rear stage to the optical coupler 54a in the front stage, so the light branched from the optical coupler 54b in the direction of the isolator 53a is blocked.
  • the light branched by the second-stage optical coupler 54b in the direction of the third-stage optical coupler 54c travels through the isolator 53b to the third-stage optical coupler 54c, where it is further branched by the third-stage optical coupler 54c in the direction of the sensor head 20 and the direction of the attenuator 55.
  • the light branched from the optical coupler 54c in the direction of the sensor head 20 passes from the tip of the optical fiber in the sensor head 20 through the collimator lens 22c and the objective lens 21 and is irradiated onto the measurement object T.
  • the tip (end face) of the optical fiber then becomes the reference surface, and the light reflected by the reference surface interferes with the light reflected by the measurement object T to generate interference light, which returns to the third-stage optical coupler 54c and is branched by the optical coupler 54c in the directions of the isolator 53b and the light receiving element 56c.
  • the light branched from the optical coupler 54c in the direction of the light receiving element 56c is received by the light receiving element 56c and converted into an electrical signal.
  • the isolator 53b transmits light from the optical coupler 54b in the previous stage to the optical coupler 54c in the next stage and blocks light from the optical coupler 54c in the next stage to the optical coupler 54b in the previous stage, so the light branched from the optical coupler 54c in the direction of the isolator 53b is blocked.
  • the light branched off by the third-stage optical coupler 54c in a direction other than the sensor head 20 is not used to measure the measurement object T, it is advisable to attenuate it by an attenuator 55 such as a terminator so that it is not reflected back.
  • the main interferometer has three optical paths (three channels), each with an optical path length difference of twice the distance (round trip) from the tip (end face) of the optical fiber of the sensor head 20 to the measurement object T, and generates three interference lights according to the optical path length difference.
  • the light receiving elements 56a to 56c receive the interference light from the main interferometer as described above and generate an electrical signal according to the amount of light received.
  • the amplifier circuits 57a to 57c amplify the electrical signals output from the light receiving elements 56a to 56c, respectively.
  • the AD conversion units 58a to 58c receive the electrical signals amplified by the amplifier circuits 57a to 57c, respectively, and convert the electrical signals from analog to digital (AD conversion).
  • the AD conversion units 58a to 58c perform AD conversion based on the correction signal from the correction signal generation unit 61 in the sub-interferometer.
  • the secondary interferometer acquires an interference signal and generates a correction signal called a K clock.
  • the light branched off to the sub-interferometer by optical coupler 54 is further branched off by optical coupler 54d.
  • the optical paths of the branched lights are configured to have an optical path length difference, for example, by using optical fibers of different lengths between optical couplers 54d and 54e, and interference light according to the optical path length difference is output from optical coupler 54e.
  • the balanced detector 60 receives the interference light from optical coupler 54e and amplifies the optical signal and converts it into an electrical signal while removing noise by taking the difference with the opposite phase signal.
  • optical coupler 54d and optical coupler 54e each need to split light in a 50:50 ratio.
  • the correction signal generator 61 determines the nonlinearity of the wavelength when the wavelength swept light source 51 is swept based on the electrical signal from the balance detector 60, generates a K clock according to the nonlinearity, and outputs it to the AD converters 58a to 58c.
  • the intervals between the waves of the analog signals input to the AD converters 58a to 58c in the main interferometer are not equal.
  • the sampling time is corrected based on the K clock described above and AD conversion (sampling) is performed so that the intervals between the waves become equal.
  • the K clock is a correction signal used to sample the analog signal of the main interferometer, and therefore needs to be generated at a higher frequency than the analog signal of the main interferometer.
  • the optical path length difference between optical couplers 54d and 54e in the sub interferometer may be made longer than the optical path length difference between the tip (end face) of the optical fiber in the main interferometer and the measurement object T, or the frequency may be multiplied (e.g., 8 times) by the correction signal generator 61 to make it higher frequency.
  • the processing unit 59 acquires the digital signals that have been AD converted while the nonlinearity has been corrected by the AD conversion units 58a to 58c, and calculates the displacement of the measurement object T (the distance to the measurement object T) based on the digital signals. Specifically, the processing unit 59 uses a fast Fourier transform (FFT) to frequency convert the digital signals, and calculates the distance by analyzing them.
  • FFT fast Fourier transform
  • processing unit 59 because high-speed processing is required for the processing unit 59, it is often realized by an integrated circuit such as an FPGA (field-programmable gate array).
  • FPGA field-programmable gate array
  • the sensor head 20 irradiates the measurement object T with measurement light from each optical path, and the distance to the measurement object T, etc. are measured based on the interference light (return light) obtained from each (multi-channel).
  • the number of channels in the main interferometer is not limited to three, and may be one or two, or four or more.
  • the displacement sensor 10 includes a sensor head 20 and a controller 30.
  • the sensor head 20 includes an objective lens 21 and a plurality of collimator lenses 22a to 22c
  • the controller 30 includes a wavelength swept light source 51, an optical amplifier 52, a plurality of isolators 53 and 53a to 53b, a plurality of optical couplers 54 and 54a to 54j, an attenuator 55, a plurality of light receiving elements (e.g., photodetectors (PD)) 56a to 56c, a plurality of amplifier circuits 57a to 57c, a plurality of analog-to-digital (AD) conversion units (e.g., analog-to-digital converters) 58a to 58c, a processing unit (e.g., a processor) 59, a balance detector 60, and a correction signal generation unit 61.
  • the sensor head 20 includes an objective lens 21 and a plurality of collimator lenses 22a to 22c
  • the controller 30 includes a wavelength
  • the light emitted from the wavelength swept light source 51 is amplified by the optical amplifier 52, passes through the isolator 53, and is branched by the optical coupler 54 to the main interferometer side and the sub-interferometer side.
  • the light branched to the main interferometer side is further branched by the optical coupler 54f into measurement light and reference light.
  • the measurement light is irradiated onto the measurement object T through the collimator lens 22a and the objective lens 21 by the first-stage optical coupler 54a and is reflected by the measurement object T.
  • the tip (end face) of the optical fiber is used as a reference surface, and the light reflected from the reference surface interferes with the light reflected from the measurement object T to generate interference light, but in FIG. 5B, no reference surface is provided for reflecting light. That is, in FIG. 5B, since no light is reflected from the reference surface as in FIG. 5A, the measurement light reflected from the measurement object T returns to the first-stage optical coupler 54a.
  • the light branched from the first-stage optical coupler 54a in the direction of the second-stage optical coupler 54b passes through the collimator lens 22b and the objective lens 21 by the second-stage optical coupler 54b, is irradiated onto the measurement object T, is reflected by the measurement object T, and returns to the second-stage optical coupler 54b.
  • the light branched from the second-stage optical coupler 54b in the direction of the third-stage optical coupler 54c passes through the collimator lens 22c and the objective lens 21 by the third-stage optical coupler 54c, is irradiated onto the measurement object T, is reflected by the measurement object T, and returns to the third-stage optical coupler 54c.
  • the reference light split by optical coupler 54f is further split by optical coupler 54g to optical couplers 54h, 54i, and 54j.
  • the measurement light reflected by the measurement object T output from the optical coupler 54a interferes with the reference light output from the optical coupler 54g, generating interference light that is received by the light receiving element 56a and converted into an electrical signal.
  • the measurement light and the reference light are split by the optical coupler 54f, and interference light is generated according to the optical path length difference between the optical path of the measurement light (the optical path from the optical coupler 54f through the optical coupler 54a, the collimator lens 22a, the objective lens 21, reflected by the measurement object T, and reaching the optical coupler 54h) and the optical path of the reference light (the optical path from the optical coupler 54f through the optical coupler 54g to the optical coupler 54h), and the interference light is received by the light receiving element 56a and converted into an electrical signal.
  • interference light is generated according to the difference in optical path length between the optical path of the measurement light (the optical path from optical coupler 54f, through optical couplers 54a and 54b, collimating lens 22b, objective lens 21, reflected by the measurement object T, and reaching optical coupler 54i) and the optical path of the reference light (the optical path from optical coupler 54f to optical coupler 54i via optical coupler 54g), and the interference light is received by light-receiving element 56b and converted into an electrical signal.
  • interference light is generated according to the difference in optical path length between the optical path of the measurement light (the optical path from optical coupler 54f through optical couplers 54a, 54b, 54c, collimating lens 22c, objective lens 21, reflected by the measurement object T, and reaching optical coupler 54j) and the optical path of the reference light (the optical path from optical coupler 54f through optical coupler 54g and reaching optical coupler 54j), and the interference light is received by the light receiving element 56c and converted into an electrical signal.
  • the light receiving elements 56a to 56c may be, for example, balanced photodetectors.
  • the main interferometer has three optical paths (three channels) and generates three interference lights according to the optical path length difference between the measurement light reflected by the measurement object T and input to optical couplers 54h, 54i, and 54j, and the reference light input to optical couplers 54h, 54i, and 54j via optical couplers 54f and 54g, respectively.
  • optical path length difference between the measurement light and the reference light may be set to be different for each of the three channels, for example, the optical path lengths of optical coupler 54g and each of optical couplers 54h, 54i, and 54j may be set to be different.
  • the distance to the measurement object T, etc. is measured (multi-channel).
  • FIG. 6A is a perspective view showing a schematic configuration of the sensor head 20
  • FIG. 6B is a schematic view showing the internal structure of the sensor head.
  • the sensor head 20 has the objective lens 21 and collimator lens stored in the lens holder 23.
  • the size of the lens holder 23 is such that the length of one side surrounding the objective lens 21 is about 20 mm, and the length in the optical axis direction is about 40 mm.
  • the lens holder 23 stores one objective lens 21 and three collimating lenses 22a to 22c. Light from the optical fiber is guided to the three collimating lenses 22a to 22c via the optical fiber array 24, and the light that passes through the three collimating lenses 22a to 22c is irradiated onto the measurement object T via the objective lens 21.
  • the lens holder 23 that constitutes the sensor head 20 may also be made of a metal (e.g., A2017) that is strong and can be machined with high precision.
  • FIG. 7 is a block diagram for explaining signal processing in the controller 30.
  • the controller 30 includes a plurality of light receiving elements 71a-71e, a plurality of amplifier circuits 72a-72c, a plurality of AD conversion units 74a-74c, a processing unit 75, a differential amplifier circuit 76, and a correction signal generation unit 77.
  • the controller 30 splits the light emitted from the wavelength swept light source 51 into a main interferometer and a sub-interferometer by the optical coupler 54, and calculates the distance to the measurement object T by processing the main interference signal and the sub-interference signal obtained from each.
  • the multiple light receiving elements 71a to 71c correspond to the light receiving elements 56a to 56c shown in FIG. 5A, and each receive the main interference signal from the main interferometer and output it as a current signal to the amplifier circuits 72a to 72c, respectively.
  • the multiple amplifier circuits 72a to 72c convert the current signal into a voltage signal (IV conversion) and amplify it.
  • the multiple AD conversion units 74a to 74c correspond to the AD conversion units 58a to 58c shown in FIG. 5A, and convert the voltage signal into a digital signal (AD conversion) based on the K clock from the correction signal generation unit 77, which will be described later.
  • the processing unit 75 corresponds to the processing unit 59 shown in FIG. 5A, and converts the digital signals from the AD conversion units 74a to 74c into frequencies using FFT, analyzes them, and calculates the distance value to the measurement target T.
  • the multiple light receiving elements 71d-71e and the differential amplifier circuit 76 correspond to the balanced detector 60 shown in FIG. 5A, and each receives the interference light from the sub-interferometer, one of which outputs an interference signal with an inverted phase, and the interference signal is amplified and converted into a voltage signal while noise is removed by taking the difference between the two signals.
  • the correction signal generating unit 77 corresponds to the correction signal generating unit 61 shown in FIG. 5A, and binarizes the voltage signal using a comparator, generates a K clock, and outputs it to the AD conversion units 74a to 74c. Since the K clock needs to be generated at a higher frequency than the analog signal of the main interferometer, the correction signal generating unit 77 may multiply the frequency (e.g., 8 times) to increase the frequency.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method for calculating the distance to the measurement target T, which is executed by the processing unit 59 in the controller 30. As shown in FIG. 8, the method includes steps S31 to S34.
  • step S31 the processing unit 59 performs frequency conversion of the waveform signal (voltage vs. time) into a spectrum (voltage vs. frequency) using the following FFT:
  • Fig. 9A is a diagram showing how the waveform signal (voltage vs. time) is frequency converted into a spectrum (voltage vs. frequency).
  • step S32 the processing unit 59 performs distance conversion from the spectrum (voltage vs. frequency) to a spectrum (voltage vs. distance).
  • FIG. 9B is a diagram showing how the spectrum (voltage vs. frequency) is distance converted to a spectrum (voltage vs. distance).
  • step S33 the processing unit 59 calculates a distance value corresponding to the peak based on the spectrum (voltage vs. distance).
  • FIG. 9C is a diagram showing how peaks are detected based on the spectrum (voltage vs. distance) and the corresponding distance values are calculated. As shown in FIG. 9C, peaks are detected in each of the three channels based on the spectrum (voltage vs. distance), and distance values corresponding to each peak are calculated.
  • step S34 the processing unit 59 averages the distance values calculated in step S33. Specifically, since peaks have been detected in each of the three channels based on the spectrum (voltage vs. distance) in step S33 and the corresponding distance values have been calculated, the processing unit 59 averages these values and outputs the averaged calculation result as the distance to the measurement object T.
  • step S34 when averaging the distance values calculated in step S33, the processing unit 59 preferably averages distance values whose SNR is equal to or greater than a threshold value. For example, if a peak is detected based on the spectrum (voltage vs. distance) in any of the three channels but the SNR is less than the threshold value, the distance value calculated based on the spectrum is determined to be unreliable and is not adopted.
  • optical interferometric distance measuring sensor corresponds to the displacement sensor 10 described using Figures 1 to 9, and all or part of the basic configuration, functions, and properties included in the optical interferometric distance measuring sensor are common to the configuration, functions, and properties included in the displacement sensor 10 described using Figures 1 to 9.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an outline of the configuration of an optical interferometric distance measuring sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 100 includes a controller 110 and an optical fiber cable 130 that connects the controller 110 and a sensor head 121.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 100 may further include the sensor head 121.
  • the controller 110 includes a wavelength swept light source 140, an optical branching unit 111, a main interferometer 150, a sub interferometer 160, a first photodiode (PD) 112, an amplifier circuit 114, a second photodiode (PD) 116, a variable delay line 191, a correction signal generating unit 171, an AD conversion unit 181, a processing unit 118, and a variable delay amount setting unit 195.
  • the optical fiber cable 130 is an optical fiber group consisting of one or more optical fibers.
  • the optical fiber cable 130 is configured to be detachable, that is, to be able to be attached and detached, to each of the controller 110 and the sensor head 121.
  • the optical fiber cable 130 is configured to include, for example, an optical fiber 131.
  • the optical fiber 131 has an optical path length that is proportional to its length, and the length of the optical fiber 131 is set based on the distance to the measurement object T.
  • the swept light source 140 emits light while continuously changing the wavelength. That is, the wavelength of the light emitted from the swept light source 140 is continuously changing.
  • the light emitted from the swept light source 140 is supplied to the main interferometer 150 and the sub interferometer 160 via an optical branching unit 111, which is composed of, for example, an optical coupler.
  • the swept light source 140 continuously controls the wavelength by changing the magnitude of the input current.
  • a triangular wave or a sawtooth wave is mainly used as the input current waveform.
  • the main interferometer 150 is connected to the optical fiber 131 of the optical fiber cable 130, and supplies the light emitted from the wavelength swept light source 140 to the sensor head 121 via the optical fiber 131, and further guides the return light from the sensor head 121 to the first photodiode 112.
  • the light guided from the main interferometer 150 to the sensor head 121 is irradiated as measurement light to the measurement object T via, for example, a collimator lens or an objective lens arranged in the sensor head 121. Then, the reflected light from the measurement object T returns to the sensor head 121.
  • a portion of the light guided from the main interferometer 150 to the sensor head 121 is reflected as reference light by, for example, a reference surface provided at the tip of the optical fiber 131. Then, the above-mentioned measurement light and the reference light interfere with each other to generate interference light (also called the "main interference signal") corresponding to the optical path length difference between the measurement light and the reference light.
  • interference light also called the "main interference signal”
  • the main interferometer 150 is supplied with light projected from the swept light source 140, and generates a main interference signal based on the measurement light that is irradiated onto the measurement object T and reflected by the sensor head 121, and the reference light that follows at least a partially different optical path from the measurement light.
  • the main interferometer 150 including the sensor head 121 can also be called the main interferometer.
  • the first photodiode 112 receives the main interference signal generated by the main interferometer 150 and converts it into an electrical signal.
  • the electrical signal converted by the first photodiode 112 is, for example, a current signal.
  • the amplifier circuit 114 amplifies the electrical signal input from the first photodiode 112 with a predetermined gain (also called “gain”). When a current signal is input from the first photodiode 112, the amplifier circuit 114 converts the current signal into a voltage signal (also called “I-V conversion”) and amplifies it. The amplified electrical signal is output to the AD conversion unit 181.
  • the sub-interferometer 160 receives light emitted from the wavelength swept light source 140, which is split by the optical splitter 111 and supplied to generate a sub-interference signal based on two lights that follow optical paths of different optical path lengths. Specifically, the first optical coupler 161 splits the light into two lights that follow optical paths of different optical path lengths, and the second optical coupler 162 then combines and causes interference to generate a sub-interference signal based on the optical path length difference. The sub-interference signal propagates through the optical fiber 163 and is guided to the second photodiode 116. Meanwhile, the remaining port of the second optical coupler 162 is connected to an optical fiber with a coreless fiber termination, or to an attenuator.
  • the second photodiode 116 receives the sub-interference signal propagated through the optical fiber 163 of the sub-interferometer 160 and converts it into an electrical signal (hereinafter also referred to as the "sub-interferometer signal").
  • the electrical signal converted by the second photodiode 116 is, for example, a current signal.
  • the electrical signal output from the second photodiode 116 may be amplified at a predetermined gain by an amplifier circuit (not shown). In this case, the amplifier circuit outputs the amplified electrical signal to the variable delay line 191.
  • variable delay line 191 is configured to generate a variable delay amount.
  • the variable delay line 191 of this embodiment corresponds to an example of the "variable delay amount generating unit" of the present invention.
  • variable delay line 191 is configured to generate a delay in the time axis direction according to the variable delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and output the delay to the correction signal generating unit 171.
  • the variable delay amount of the variable delay line 191 is generated according to a control signal input from a variable delay amount setting unit described later.
  • the variable delay line 191 is an electronic component that delays the propagation of an electrical signal, and includes a component that allows the delay to be changed, such as a programmable delay line.
  • the electronic component of the variable delay line 191 is not limited to a programmable delay line, and may be any other electronic component that generates a changeable delay (delay) in the electrical signal according to the variable delay amount.
  • variable delay line 191 generates a delay in the time axis direction according to the variable delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and outputs the signal to the correction signal generation unit 171.
  • the correction signal generation unit 171 can easily generate the correction signal, which is an electrical signal.
  • the correction signal generating unit 171 is configured to generate a correction signal (also called a "K clock signal” or simply a "K clock”) based on the sub-interference signal and the variable delay amount.
  • the correction signal is a signal that corrects the sampling period of the main interference signal generated by the main interferometer 150.
  • the sub-interference signal is nonlinear like the main interference signal due to the nonlinearity of the wavelength during sweeping, so the correction signal generating unit 171 can grasp the nonlinearity of the wavelength during sweeping based on the sub-interference signal and generate a correction signal, i.e., a K clock signal, for appropriately sampling and AD-converting the analog signal of the main interference signal.
  • the correction signal generating unit 171 In order for the correction signal generating unit 171 to generate an appropriate correction signal, the correction signal generating unit 171 needs to properly grasp the nonlinearity of the main interference signal received by the first photodiode 112. For this purpose, it is preferable to match the characteristics (nonlinearity) of the main interference signal and the sub-interference signal, in other words, to synchronize the main interference signal and the sub-interference signal in time.
  • the correction signal generating unit 171 is configured to generate a correction signal based on a delayed sub-interferometer signal. That is, the correction signal is generated based on a signal in which a delay is generated in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal.
  • the delay is a time according to the variable delay amount described above.
  • the correction signal generating unit 171 may also generate a pulse signal, which is a correction signal, based on a signal in which a delay corresponding to the variable delay amount described above is generated in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal. This makes it possible to easily match (synchronize) the timing of sampling the main interference signal.
  • the AD conversion unit 181 is configured to sample the main interferometer signal, which is an electrical signal obtained by converting the main interference signal, based on the correction signal and convert it into a digital signal.
  • the main interference signal input to the AD conversion unit 181 is an analog signal in which the waves are not spaced at equal intervals.
  • the AD conversion unit 181 samples and AD converts the analog signal of the main interference signal at a sampling period (sampling interval) based on the above-mentioned correction signal, i.e., the K clock signal, so that the waves in the main interference signal are spaced at equal intervals.
  • the AD conversion unit 181 converts the main interference signal into an electrical signal, and the main interferometer signal is sampled based on the correction signal and converted into a digital signal, so that a configuration can be easily realized in which the main interferometer signal is converted into a digital signal with a corrected sampling period.
  • the processing unit 118 is configured to calculate the distance to the measurement object T based on the main interference signal generated by the main interferometer 150 and the sub-interference signal generated by the sub-interferometer 160.
  • the processing unit 118 is configured to calculate the distance to the measurement object T based on the main interference signal received by the first photodiode 112 and amplified by the amplifier circuit 114, and a correction signal generated based on the sub-interference signal received by the second photodiode 116 and the variable delay amount generated by the variable delay line 191.
  • a nonlinear analog signal based on the main interference signal is converted into a digital signal at a sampling period corrected by a correction signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, and the processing unit 118 converts the digital signal into a frequency using FFT or the like, analyzes them, and calculates the distance value to the measurement target T.
  • the variable delay amount setting unit 195 is configured to set the variable delay amount based on at least one of a peak in a signal based on a digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and a peak in a digital signal of the reflected signal generated by the main interferometer and based on a digital signal sampled based on the correction signal.
  • the signal converted into a digital signal by the AD conversion unit 181 and converted into a frequency by the processing unit 118 using FFT is input to the variable delay amount setting unit 195.
  • the variable delay amount setting unit 195 is configured to set a variable delay amount based on this signal.
  • the signal input to the variable delay amount setting unit 195 is, for example, a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal into a frequency by FFT, and a signal obtained by converting the digital signal of the reflected signal into a frequency by FFT.
  • the signal input to the variable delay amount setting unit 195 may be a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal into a power spectrum for each number of measurement points (number of data points) by FFT, and a signal obtained by converting the digital signal of the reflected signal into a power spectrum for each number of measurement points (number of data points) by FFT.
  • the variable delay amount set by the variable delay amount setting unit 195 is the variable delay amount generated by the variable delay line 191 described above.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a specific example of a configuration for generating reflected waves in the main interferometer 150.
  • the main interferometer 150 is formed with a reflective surface 126a that reflects light.
  • the sensor head 121 has an objective lens 126 that irradiates light onto the measurement object T, and a collimator lens 127 that is disposed between the tip of the optical fiber 131 and the objective lens 126.
  • the reflective surface 126a is formed on the back surface of the objective lens 126 in the sensor head 121 (the surface of the sensor head 121 facing the optical fiber 131).
  • the sensor head 121 may not have a collimating lens 127 between the tip of the optical fiber 131 and the objective lens 126, or may have only the collimating lens 127 without the objective lens 126.
  • the reflecting surface may be formed on the collimating lens 127.
  • a portion of the light input to the sensor head 121 via the optical fiber 131 is irradiated onto the measurement object T as measurement light and reflected by the measurement object.
  • Another portion of the light input to the sensor head 121 is reflected as reference light by a reference surface 131a provided at the tip of the optical fiber 131.
  • a main interference signal (interference light) is generated based on the measurement light and the reference light, and the distance from the sensor head 121 to the measurement object T is detected as a peak in the signal frequency-converted by FFT.
  • a reflected signal (interference light) is generated based on the reflected light reflected by the reflecting surface 126a and the above-mentioned reference light, and the position of the objective lens 126 in the sensor head 121, specifically the position of the reflecting surface 126a, is detected as a peak in the signal frequency-converted by FFT.
  • the reflected signal is generated when a portion of the light projected from the wavelength swept light source 140 and supplied to the main interferometer 150 is reflected by a member having the reflecting surface 126a formed in the main interferometer 150.
  • the variable delay amount can be set without preparing (readying) a measurement object.
  • the reflective surface 126a formed on the objective lens 126 may be formed on the surface of the objective lens 126.
  • the reflective surface 126a may also be formed by applying a partially reflective coating to the objective lens 126, or may be formed by using Fresnel reflection, which has a very small reflectance (approximately 5% or less), for example.
  • the reflective surface may also be formed on a component inside the sensor head 121.
  • the component may be a part of the components that make up the sensor head 121, or may be a component that is separately arranged inside the housing for generating the reflected signal.
  • Fig. 12 is a diagram for explaining the relationship between a peak in a signal based on the digital signal of the main interference signal and a peak in a signal based on the digital signal of the reflected signal, and the variable delay amount.
  • Fig. 13 is a diagram for explaining the relationship between a peak half width in a signal based on the digital signal of the main interference signal and a peak half width in a signal based on the digital signal of the reflected signal, and the FFT conditions. Note that, in the following, unless explicitly stated, the digital signal of the reflected signal will be used for explanation, and the case where the digital signal of the main interference signal is used will be omitted.
  • the round-trip time of the light that is irradiated from the sensor head to the object to be measured, reflected by the object to be measured, and returned to the sensor head becomes long.
  • a timing discrepancy can occur between the main interference signal and reflected signal generated by the main interferometer and the correction signal generated by the secondary interferometer to correct the sampling period.
  • an ideal frequency signal without the timing deviation described above has a predetermined peak, for example, a peak intensity (peak signal intensity) of a predetermined value PI and a peak half-width of a predetermined value PHW, as shown in FIG. 12.
  • the reflected signal and the main interference signal generated by the main interferometer 150 are each converted into a digital signal by the AD conversion unit 181, and the digital signal is converted into a frequency signal using FFT by the processing unit 118, and this frequency signal is each input to the variable delay amount setting unit 195.
  • the AD conversion unit 181 converts an analog signal based on the reflected signal or the main interference signal into a digital signal by correcting the sampling period using a correction signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount. Therefore, by setting an appropriate variable delay amount, it is possible to reduce (eliminate) the timing discrepancy, and the frequency signals of the digital signals of the reflected signal and the main interference signal will have a peak similar to the predetermined peak in the ideal frequency signal shown in FIG. 12.
  • the peak strength in the frequency-converted signal of the digital signal of the reflected signal and the main interference signal is high, for example, if the peak strength is equal to or greater than a predetermined value PI, it can be determined that the set variable delay amount is appropriate.
  • the peak strength in the frequency-converted signal of the digital signal of the reflected signal and the main interference signal is an indicator of an appropriate variable delay amount.
  • the peak half-width in the frequency-converted signal of the digital signal of the reflected signal and the main interference signal is small (narrow), for example, the peak half-width is less than or about the same as the predetermined value PHW, the set variable delay amount can be determined to be appropriate. That is, the peak half-width in the frequency-converted signal of the digital signal of the reflected signal and the main interference signal is an index of an appropriate variable delay amount.
  • the peak half-width may be generalized to use a width of a predetermined value with respect to the peak value (hereinafter also referred to as the "peak predetermined value width") as an index of an appropriate variable delay amount.
  • the predetermined value may be half the value of the peak value, or may be, for example, 1/e, 1/e2, etc.
  • the peak half-width is used, if the peak predetermined value width is small (narrow), for example, the peak predetermined value width is less than or about the same as the predetermined value, the set variable delay amount can be determined to be appropriate.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the variable delay amount based on at least one of the peak in the signal based on the digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and the peak in the digital signal of the reflected signal generated by the main interferometer that is based on the digital signal sampled based on the correction signal.
  • the signal generated by the main interferometer can be sampled at the appropriate timing by the correction signal based on the sub-interference signal and the variable delay amount, and the distance to the measurement object T can be measured with high accuracy.
  • the variable delay amount setting unit 195 also sets the variable delay amount based on at least one of the peak intensity in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the peak intensity in the signal based on the digital signal of the reflected signal. This makes it possible to easily set the variable delay amount that reduces the timing discrepancy that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the variable delay amount based on at least one of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of the reflected signal. This makes it possible to easily set the variable delay amount that reduces the timing discrepancy that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal.
  • the number of samples (also called “number of measurement points” or “number of data points”) included in the range of the peak specified value width in the signal depends on the FFT conditions, such as the presence or absence of zero padding, the presence or absence of a window function, and the type of window function. In other words, if the FFT conditions are determined, ideally, the number of measurement points included in the range of the peak specified value width in the signal converted into a power spectrum for each number of measurement points will be a specified number (hereinafter also called "specified number").
  • zero padding is a general method of adding zeros to measurement data to improve frequency resolution. For example, if the number of measurement points is doubled by adding the same number of zeros as the number of measurement points, the frequency resolution will be doubled.
  • Npad Npad is a positive integer
  • the number of measurement points included in the range of the specified peak value in the signal is one.
  • the number of measurement points included in the range of the peak half-width in the signal is two, due to the specification of the window function itself.
  • the number of measurement points included in the range of the peak half-width of the signal is two, and when the signals are further converted into a power spectrum for each measurement point using an FFT that performs zero padding, the number of measurement points included in the range of the peak half-width of the signal can be expressed as 2 x Npad.
  • the number of measurement points included in the range of the peak half-width in the signal converted into a power spectrum for each number of measurement points may expand by about one point on either side. Taking this into consideration, if the number of measurement points included in the range of the peak half-width in the signal converted into a power spectrum for each number of measurement points is less than 2 ⁇ Npad+2, the digital signals of the reflected signal and the main interference signal can be considered ideal, that is, with small timing deviations.
  • the digital signals of the reflected signal and the main interference signal can be considered to be in an ideal state with small timing deviations.
  • the peak half-width is the full width at half maximum, but this is not limited to this.
  • the peak half-width may be the half-width at half maximum.
  • the peak specified value width may be the specified full width or the specified half width.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining an example of a processing procedure performed by the controller 110 in an embodiment.
  • Fig. 15 is a flowchart for explaining another example of a processing procedure performed by the controller 110 in an embodiment.
  • Fig. 16 is a flowchart for explaining yet another example of a processing procedure performed by the controller 110 in an embodiment.
  • variable delay amount setting process S210 the variable delay amount is set based on the maximum value among the multiple peak intensities.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the subscript n to "1" (S211).
  • the subscript n is an subscript indicating one of the max delay amounts.
  • Each delay amount Dn stores a value representing a different delay time, and the values are arranged, for example, in ascending or descending order.
  • variable delay amount setting unit 195 reads out the delay amount Dn corresponding to the subscript n from among the max delay amounts stored in advance, and sets the read delay amount Dn as the variable delay amount (S212). Specifically, the variable delay amount setting unit 195 generates a control signal based on the delay amount Dn read out in step S212, and outputs the control signal to the variable delay line 191. This sets the variable delay amount generated by the variable delay line 191.
  • the wavelength swept light source 140 emits light, and the reflected signal generated by the main interferometer 150 is converted to a digital signal by the AD converter 181, and a frequency signal is obtained by FFT conversion by the processor 118 (S213).
  • the sampling period is corrected by a correction signal based on the variable delay amount set in step S212.
  • the main interference signal the description of which is omitted, the sampling period is corrected by a correction signal based on the variable delay amount set in step S212.
  • variable delay amount setting unit 195 analyzes the frequency signal obtained in step S213 to detect the peak intensity, and stores the value of the detected peak intensity in the intensity In corresponding to the subscript n (S214).
  • the intensity In with the stored value is stored in a storage means such as a memory. This allows the value of the peak intensity when the delay amount Dn is set to be obtained.
  • variable delay amount setting unit 195 determines whether the subscript n is equal to the maximum number max (S215).
  • step S215 If the result of the determination in step S215 is that the subscript n is not equal to the maximum number max, the variable delay amount setting unit 195 adds "1" to the subscript n (step S216) and returns to step S212. Then, steps S212 to S215 are repeated until the subscript n is equal to the maximum number max.
  • step S215 determines whether the result of the determination in step S215 is that the subscript n is equal to the maximum number max. If the result of the determination in step S215 is that the subscript n is equal to the maximum number max, then the digital signal of the reflected signal has been converted into a frequency signal using FFT for all max delay amounts, and the peak intensity of the frequency signal has been detected.
  • the maximum value among the max intensities In detected and stored in S214 is considered to be the peak intensity of the frequency signal converted using FFT for the digital signal of the reflected signal with the smallest timing shift. Therefore, the variable delay amount setting unit 195 searches for the intensity In that indicates the maximum value from the max intensities In stored (S217).
  • variable delay amount setting unit 195 reads out the delay amount Dn corresponding to the subscript n of the intensity In found in step S217, and sets the read delay amount Dn as the variable delay amount (S218). Specifically, similar to step S212, the variable delay amount setting unit 195 generates a control signal based on the delay amount Dn read out in step S217, and outputs the control signal to the variable delay line 191. As a result, the variable delay amount generated by the variable delay line 191 is set to the delay amount at which the peak intensity is maximum in the frequency signal converted from the digital signal of the reflected signal.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the variable delay amount based on at least one of the maximum value of the peak intensity in the signal based on the digital signals of the multiple main interference signals and the maximum value of the peak intensity in the signal based on the digital signals of the multiple reflected signals.
  • the variable delay amount is set based on the maximum value of the multiple peak intensities, so it is possible to set a variable delay amount that further reduces the timing deviation that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal, compared to when the variable delay amount is set based on the peak intensity in the signal based on the digital signal of one main interference signal or the peak intensity in the signal based on the digital signal of one reflected signal.
  • variable delay amount setting process S230 the variable delay amount is set based on the minimum value among a plurality of peak predetermined value widths. Note that, in the example shown in Fig. 15, a case will be described in which the peak half width is used as the peak predetermined value width.
  • each step from step S231 to step S233 of the variable delay amount setting process S230 is the same or substantially the same as each step from step S211 to step S213 of the variable delay amount setting process S210 described above, so a description of each step will be omitted.
  • variable delay amount setting unit 195 analyzes the frequency signal obtained in step S233 to detect a peak (S234).
  • the detected peak is the peak whose peak intensity is the maximum value in the frequency signal.
  • the variable delay amount setting unit 195 calculates the peak half-width for the peak detected in step S234, and stores the calculated peak half-width value in the half-width FWHMn corresponding to the subscript n (S235).
  • the calculated peak half-width is, for example, the full width at half maximum (FWHM).
  • the half-width FWHMn with the stored value is stored in a storage means such as a memory. This allows the value of the peak half-width when the delay amount Dn is set to be obtained.
  • variable delay amount setting unit 195 determines whether the subscript n is equal to the maximum number max (S236).
  • step S236 If the result of the determination in step S236 is that the subscript n is not equal to the maximum number max, the variable delay amount setting unit 195 adds "1" to the subscript n (step S237) and returns to step S232. Then, steps S232 to S236 are repeated until the subscript n is equal to the maximum number max.
  • step S236 determines whether the subscript n is equal to the maximum number max. If the result of the determination in step S236 is that the subscript n is equal to the maximum number max, then for all max delay amounts, the digital signal of the reflected signal has been converted to a frequency signal using FFT, and the peaks of the frequency signal have been detected and the peak half-widths have been calculated.
  • the minimum value among the max half-widths FWHMn calculated and stored in step S235 is considered to be the peak half-width of the frequency signal converted using FFT for the digital signal of the reflected signal with the smallest timing shift. Therefore, the variable delay amount setting unit 195 searches for the half-width FWHMn that indicates the minimum value from the stored max half-widths FWHMn (S238).
  • variable delay amount setting unit 195 reads out the delay amount Dn corresponding to the subscript n of the half-width FWHMn found in step S238, and sets the read delay amount Dn as the variable delay amount (S239). Specifically, similar to step S232, the variable delay amount setting unit 195 generates a control signal based on the delay amount Dn read out in step S238, and outputs the control signal to the variable delay line 191. As a result, the variable delay amount generated by the variable delay line 191 is set to the delay amount at which the peak half-width is the minimum value in the frequency signal converted from the digital signal of the reflected signal.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the variable delay amount based on at least one of the minimum value of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signals of the multiple main interference signals and the minimum value of the peak predetermined value width in the signal based on the digital signals of the multiple reflected signals.
  • variable delay amount is set based on the minimum value of the multiple peak predetermined value widths, it is possible to set a variable delay amount that further reduces the timing deviation that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal, compared to when the variable delay amount is set based on the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of one main interference signal or the peak predetermined value width in the signal based on the digital signal of one reflected signal.
  • variable delay setting process S250 the variable delay is set so that the number of measurement points included in the peak predetermined value width of the frequency signal is less than a predetermined number.
  • a predetermined number In the example shown in Fig. 16, a case will be described in which the peak half width is used as the peak predetermined value width and 2 x Npad + 2 is used as the predetermined number.
  • steps S251 to S252 of the variable delay amount setting process S250 are the same or substantially the same as steps S231 to S232 of the variable delay amount setting process S230 described above, and therefore a description of each step will be omitted.
  • step S252 the wavelength swept light source 140 emits light, and the reflected signal generated by the main interferometer 150 is converted to a digital signal by the AD converter 181, and the signal is converted to a power spectrum for each measurement point (number of data points) using FFT by the processor 118 (S253).
  • the sampling period is corrected by a correction signal based on the variable delay amount set in step S252.
  • the main interference signal which will not be described, the sampling period is corrected by a correction signal based on the variable delay amount set in step S252.
  • variable delay amount setting unit 195 analyzes the signal obtained in step S252 and converted into a power spectrum for each measurement point to detect a peak (S254).
  • the detected peak is the peak in the signal whose peak intensity is the maximum value.
  • the variable delay amount setting unit 195 then calculates the peak half-width for the peak detected in step S254, and stores the number of measurement points included in the calculated range of the peak half-width in the half-width FWHMn corresponding to the subscript n (S255).
  • the calculated peak half-width is, for example, the full width at half maximum (FWHM).
  • the half-width FWHMn with the number of measurement points stored therein is stored in a storage means such as a memory. This obtains the number of measurement points included in the range of the peak half-width when the delay amount Dn is set.
  • variable delay amount setting unit 195 determines whether the number of measurement points included in the range of the calculated peak half-width stored in the half-width FWHMn in step S255 is less than 2 ⁇ Npad+2 (half-width FWHMn ⁇ 2 ⁇ Npad+2) (S256).
  • step S256 determines whether the subscript n is equal to the maximum number max (S257).
  • step S257 If the result of the determination in step S257 is that the subscript n is not equal to the maximum number max, the variable delay amount setting unit 195 adds "1" to the subscript n (step S258) and returns to step S252. Then, steps S252 to S257 or step S258 are repeated until the number of measurement points included in the range of the peak half-width stored in the half-width FWHMn becomes less than 2 ⁇ Npad+2, or until the subscript n becomes equal to the maximum number max.
  • step S257 if the result of the determination in step S257 is that the subscript n is equal to the maximum number max, then for all max delay amounts, there is no delay where the number of measurement points included in the range of the peak half-width stored in the half-width FWHMn is less than 2 ⁇ Npad+2. In this case, the variable delay amount setting process S250 ends. Then, since there is likely some cause in the hardware, such as the fiber being too long or the measurement target T being placed too far away, the controller 110 displays or outputs an error.
  • step S256 determines whether the number of measurement points included in the range of the peak half-width stored in the half-width FWHMn is less than 2 ⁇ Npad+2, it is considered that the number of measurement points of the half-width FWHMn stored in the most recent step S255 is the number of measurement points included in the range of the peak half-width of the signal converted into a power spectrum for each measurement point using FFT for the digital signal of the reflected signal whose timing shift is less than a predetermined value.
  • variable delay amount setting unit 195 reads out the delay amount Dn corresponding to the subscript n of the half-width FWHMn calculated and stored in the most recent step S255, and sets the read delay amount Dn as the variable delay amount (S259). Specifically, similar to step S252, the variable delay amount setting unit 195 generates a control signal based on the delay amount Dn read out in step S259, and outputs the control signal to the variable delay line 191. This sets the variable delay amount generated by the variable delay line 191 to a delay amount that makes the peak half-width less than a predetermined value in the frequency signal converted from the digital signal of the reflected signal.
  • variable delay amount setting unit 195 sets the variable delay amount so that at least one of the number of measurement points included in the specified peak value range in the signal based on the digital signal of the main interference signal and the number of measurement points included in the specified peak value range in the signal based on the digital signal of the reflected signal is less than a specified number. This makes it possible to easily set a variable delay amount that reduces the timing discrepancy that may occur between the main interference signal and the reflected signal and the secondary interference signal.
  • the process described in this embodiment may be executed, for example, during the initial settings when the controller is turned on, or may be executed every time the distance to the measurement target T is measured.
  • variable delay amount is not limited to being set by the procedure described in this embodiment.
  • the following procedures can be considered for setting the variable delay amount. For example, in a signal obtained by distance-converting the digital signal of the reflected signal using FFT, a peak corresponding to the position of the reflecting surface formed on the sensor head 121 is detected. Then, when the length of the optical fiber 131 changes, the position of the peak in the digital signal of the reflected signal also changes, so the position of this peak and the length of the optical fiber 131 may be linked in advance, the length of the optical fiber 131 may be determined based on the position of the peak in the digital signal of the reflected signal, and the variable delay amount based on the determined length of the optical fiber 131 may be set.
  • the user may select one of a plurality of specified variable delay amounts depending on the length of the optical fiber 131, and the selected variable delay amount may be set.
  • the length of the optical fiber 131, the distance from the sensor head 121 to the measurement object T, and the variable delay amount may be linked in advance, and the user may input the length of the optical fiber 131 and the approximate distance to the measurement object T, and the variable delay amount may be set based on the input length of the optical fiber 131 and the approximate distance to the measurement object T.
  • a dedicated ROM Read Only Memory
  • specific to the length of the optical fiber 131 may be inserted into the controller 110, and the value read from the dedicated ROM may be set as the variable delay amount.
  • a frequency signal may be displayed on a display or other display means in the digital signal of the reflected signal, and the user may select or input and set the variable delay amount by viewing the peaks in several frequency signals each having a different variable delay amount.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 100 includes a controller 110 and an optical fiber cable including one optical fiber connecting one sensor head to the controller 110, but this is not limited to this.
  • the optical interferometric distance measuring sensor may also include a controller and an optical fiber cable including the same number of optical fibers as the sensor heads, which is connected to two or more sensor heads.
  • the optical interferometric distance measuring sensor includes a controller and an optical fiber cable including two optical fibers connected to each of two sensor heads.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the outline of the configuration of the optical interferometric distance measuring sensor when it is connected to two sensor heads.
  • the same or similar components as those of the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in Fig. 10 are denoted by the same or similar reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. Also, the same effects and functions as those of the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in Fig. 10 will not be mentioned sequentially.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 101 includes a controller 110 and an optical fiber cable 130 that connects the controller 110 to the sensor head 121 and the sensor head 122.
  • the optical fiber cable 130 shown in FIG. 17 differs from the optical fiber cable 130 shown in FIG. 10 in that it further includes an optical fiber 132.
  • the controller 110 shown in FIG. 17 also differs from the controller 110 shown in FIG. 10 in that the main interferometer 150 includes a first main interferometer 151 and a second main interferometer 152, and further includes a first photodiode 113, an amplifier circuit 115, a variable delay line 192, a correction signal generating unit 172, and an AD converting unit 182.
  • the optical fiber cable 130 includes an optical fiber 131 and an optical fiber 132.
  • the optical fiber cable 130 is detachable from the controller 110 and the sensor head 121 and the sensor head 122, that is, configured so that it can be attached and detached.
  • the optical fiber 131 has a length L1
  • the optical fiber 132 has a length L2.
  • the length L1 of the optical fiber 131 is set based on the distance to the measurement object T1
  • the length L2 of the optical fiber 132 is set based on the distance to the measurement object T2.
  • the measurement object T2 is assumed to be an object that exists at a different distance from the measurement object T1, that is, at a far distance in the example shown in FIG. 17. Therefore, the length L2 of the optical fiber 132 is longer than the length L1 of the optical fiber 131 (length L2>length L1).
  • the main interferometer 150 has two optical paths (two channels) and is composed of a first main interferometer 151 and a second main interferometer.
  • the first main interferometer 151 is connected to the optical fiber 131 of the optical fiber cable 130, and supplies the light emitted from the wavelength swept light source 140 to the sensor head 121 via the optical fiber 131, and further guides the return light from the sensor head 121 to the first photodiode 112.
  • the light guided from the first main interferometer 151 to the sensor head 121 is irradiated as measurement light to the measurement object T via, for example, a collimator lens or an objective lens arranged in the sensor head 121. Then, the reflected light from the measurement object T returns to the sensor head 121.
  • a part of the light guided from the first main interferometer 151 to the sensor head 121 is reflected as reference light by, for example, a reference surface provided at the tip of the optical fiber 131. Then, the above-mentioned measurement light and the reference light interfere with each other to generate interference light (also called the "main interference signal") corresponding to the optical path length difference between the measurement light and the reference light.
  • interference light also called the "main interference signal”
  • the first main interferometer 151 is supplied with light projected from the swept light source 140, and generates a main interference signal based on the measurement light that is irradiated onto the measurement object T and reflected by the sensor head 121, and the first reference light that follows at least a partially different optical path from that of the measurement light.
  • the first main interferometer 151 is supplied with light projected from the swept light source and generates a main interference signal
  • the first main interferometer 151 including the sensor head 121 can also be referred to as the first main interferometer.
  • the first main interferometer Similar to the main interferometer 150 shown in FIG. 10, the first main interferometer also generates a reflection signal based on the light reflected by the reflecting surface and the reference light.
  • the second main interferometer 152 is connected to the optical fiber 132 of the optical fiber cable 130, and supplies the light emitted from the wavelength swept light source 140 to the sensor head 122 via the optical fiber 132, and further guides the return light from the sensor head 122 to the first photodiode 113.
  • the light guided from the second main interferometer 152 to the sensor head 122 is irradiated as measurement light to the measurement object T via, for example, a collimator lens or an objective lens arranged in the sensor head 122. Then, the reflected light from the measurement object T returns to the sensor head 122.
  • a portion of the light guided from the second main interferometer 152 to the sensor head 122 is reflected as reference light by, for example, a reference surface provided at the tip of the optical fiber 132. Then, the above-mentioned measurement light and the second reference light interfere with each other to generate interference light (also called the "main interference signal") corresponding to the optical path length difference between the measurement light and the reference light.
  • interference light also called the "main interference signal”
  • the second main interferometer 152 is supplied with light projected from the swept light source 140 and generates a main interference signal based on the measurement light that is irradiated onto the measurement object T and reflected by the second sensor head 122, and the reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the measurement light. Since the second main interferometer 152 is supplied with light projected from the swept light source and generates a main interference signal, the second main interferometer 152 including the sensor head 122 can also be called the second main interferometer. The second main interferometer also generates a reflection signal based on the light reflected by the reflecting surface and the reference light, similar to the main interferometer 150 shown in FIG. 10.
  • the first photodiode 112 receives the main interference signal generated by the first main interferometer 151 and converts it into an electrical signal.
  • the first photodiode 113 receives the main interference signal generated by the second main interferometer 152 and converts it into an electrical signal.
  • the amplifier circuit 115 amplifies the electrical signal input from the first photodiode 113 with a predetermined gain. When a current signal is input from the first photodiode 113, the amplifier circuit 115 converts the current signal into a voltage signal and amplifies it. The amplified electrical signal is output to the AD conversion unit 182.
  • the second photodiode 116 receives the sub-interference signal propagated through the optical fiber 163 of the sub-interferometer 160 and converts it into a sub-interferometer signal, which is an electrical signal.
  • the second photodiode 116 outputs the converted electrical signal to the variable delay line 191 and the variable delay line 192.
  • impedance matching may be performed between the second photodiode 116 and the variable delay line 191 and the variable delay line 192 to prevent reflection.
  • variable delay line 192 is configured to generate a variable delay amount.
  • the variable delay line 192 in this embodiment corresponds to an example of the "variable delay amount generating unit" in the present invention.
  • variable delay line 192 is configured to generate a delay in the time axis direction according to the variable delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and output the delay to the correction signal generating unit 171.
  • the variable delay amount of the variable delay line 192 is generated according to a control signal input from the variable delay amount setting unit 195. Therefore, the variable delay amount generated by the variable delay line 192 may be the same as the variable delay amount generated by the variable delay line 191, or it may be different.
  • the variable delay line 192 is an electronic component that delays the propagation of an electrical signal, and includes a component that allows the delay to be changed, such as a programmable delay line.
  • the electronic component of the variable delay line 191 is not limited to a programmable delay line, and may be another electronic component as long as it generates a changeable delay (delay) in the electrical signal according to the variable delay amount.
  • the correction signal generating unit 172 is configured to generate a correction signal (also called a "K clock signal” or simply a "K clock") based on the sub-interference signal and the variable delay amount of the variable delay line 192.
  • the correction signal is a signal that corrects the sampling period of the main interference signal generated by the second main interferometer 152.
  • the correction signal generating unit 172 can generate a correction signal, i.e., a K clock signal, for appropriately sampling and AD-converting the analog signal of the main interference signal of the second main interferometer 152 by grasping the nonlinearity of the wavelength during sweeping based on the sub-interference signal.
  • a correction signal i.e., a K clock signal
  • the correction signal generating unit 172 In order for the correction signal generating unit 172 to generate an appropriate correction signal, the correction signal generating unit 172 needs to properly grasp the nonlinearity of the main interference signal of the second main interferometer 152 received by the first photodiode 113. For this purpose, it is preferable to match the characteristics (nonlinearity) of the main interference signal and the sub-interference signal of the second main interferometer 152.
  • the correction signal generating unit 172 is configured to generate a correction signal based on a delayed sub-interferometer signal. That is, the correction signal is generated based on a signal in which a delay is generated in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal.
  • the delay is a time according to the variable delay amount of the variable delay line 192 described above.
  • the correction signal generating unit 172 may also generate a pulse signal, which is a correction signal, based on a signal in which a delay is generated in the time axis direction according to the variable delay amount of the variable delay line 192 in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal.
  • the AD conversion unit 182 is configured to sample the main interferometer signal, which is the main interference signal of the second main interferometer 152 converted into an electrical signal, based on the correction signal of the correction signal generation unit 172, and convert it into a digital signal.
  • the main interference signal of the second main interferometer 152 input to the AD conversion unit 182 is an analog signal whose waves are not spaced equally apart.
  • the AD conversion unit 182 samples and AD converts the analog signal of the main interference signal at a sampling period (sampling interval) corrected based on the correction signal of the correction signal generation unit 172, i.e., the K clock signal, so that the waves in the main interference signal are spaced equally apart.
  • the variable delay amount setting unit 195 is configured to set the variable delay amount based on at least one of a peak in a signal based on a digital signal of the main interference signal sampled based on the correction signal and a peak in a digital signal of the reflected signal generated by the main interferometer and based on a digital signal sampled based on the correction signal.
  • the variable delay amount setting unit 195 receives as input a signal that has been converted into a digital signal by the AD conversion unit 181 and converted into a frequency by the processing unit 118 using FFT, and a signal that has been converted into a digital signal by the AD conversion unit 182 and converted into a frequency by the processing unit 118 using FFT.
  • the variable delay amount setting unit 195 is configured to set the variable delay amount of the variable delay line 191 based on the signal that has been converted into a digital signal by the AD conversion unit 181 and converted into a frequency by the processing unit 118 using FFT.
  • the variable delay amount setting unit 195 is also configured to set the variable delay amount of the variable delay line 192 based on the signal that has been converted into a digital signal by the AD conversion unit 182 and converted into a frequency by the processing unit 118 using FFT.
  • the signals input to the variable delay setting unit 195 are a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal of the first main interferometer 151 into a frequency using FFT, a signal obtained by converting the digital signal of the reflected signal of the first main interferometer 151 into a frequency using FFT, a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal of the second main interferometer 152 into a frequency using FFT, and a signal obtained by converting the digital signal of the reflected signal of the second main interferometer 152 into a frequency using FFT.
  • the signal input to the variable delay amount setting unit 195 may be a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal of the first main interferometer 151 into a power spectrum for each measurement point (number of data points) by FFT, a signal obtained by converting the digital signal of the reflection signal of the first main interferometer 151 into a power spectrum for each measurement point (number of data points) by FFT, a signal obtained by converting the digital signal of the main interference signal of the second main interferometer 152 into a power spectrum for each measurement point (number of data points) by FFT, and a signal obtained by converting the digital signal of the reflection signal of the second main interferometer 152 into a power spectrum for each measurement point (number of data points) by FFT.
  • the variable delay amount set by the variable delay amount setting unit 195 is two variable delay amounts: the variable delay amount generated by the variable delay line 191 and the variable delay amount generated by the variable delay line 192.
  • variable delay amount of the variable delay line 191 and the variable delay amount of the variable delay line 192 may each be set by executing one of the variable delay amount setting processes shown in Figures 14 to 16 described above.
  • variable delay amount of the variable delay line 191 and the variable delay amount of the variable delay line 192 may be set in parallel or in series in a predetermined order.
  • variable delay amount of the variable delay line 191 that reduces the timing shift that may occur between the main interference signal and reflected signal of the first main interferometer 151 and the sub-interference signal
  • variable delay amount of the variable delay line 192 that reduces the timing shift that may occur between the main interference signal and reflected signal of the second main interferometer 152 and the sub-interference signal.
  • the optical interferometer distance measuring sensors 100, 101 use a Fizeau interferometer in the main interferometer 150 that generates reference light by using the tip of an optical fiber as a reference surface, but the interferometer is not limited to this.
  • FIG. 18 shows a variation of an interferometer that generates interference light using measurement light and reference light.
  • interference light is generated based on the optical path length difference between the reference light, whose reference surface is the tip (end face) of the optical fiber, and the measurement light that is irradiated from the sensor head and reflected by the measurement target T.
  • This is the configuration of the main interferometer 150 of the optical interferometer distance measuring sensor 100, 101 according to the above-mentioned embodiment (Fizeau interferometer), and the reference surface may be configured to reflect light due to the difference in refractive index between the optical fiber and air (Fresnel reflection).
  • a reflective film may be coated on the tip of the optical fiber, or an anti-reflective coating may be applied to the tip of the optical fiber and a separate reflective surface such as a lens surface may be disposed on the tip of the optical fiber.
  • a measurement optical path Lm that guides measurement light to the measurement object T and a reference optical path Lr that guides reference light are formed, and a reference surface is disposed at the end of the reference optical path Lr (Michelson interferometer).
  • the reference surface may be formed by coating the tip of an optical fiber with a reflective film, or the tip of the optical fiber may be coated with an anti-reflective coating and a mirror or the like disposed separately. In this configuration, interference light is generated by providing an optical path length difference between the optical path length of the measurement optical path Lm and the optical path length of the reference optical path Lr.
  • a measurement optical path Lm that guides measurement light to the measurement object T and a reference optical path Lr that guides reference light are formed, and a balance detector is disposed in the reference optical path Lr (Mach-Zehnder interferometer).
  • interference light is generated by providing an optical path length difference between the measurement optical path Lm and the reference optical path Lr.
  • the main interferometer is not limited to the Fizeau interferometer described in the embodiment, but may be, for example, a Michelson interferometer or a Mach-Zehnder interferometer. Any interferometer may be applied as long as it is possible to generate interference light by setting the optical path length difference between the measurement light and the reference light, or a combination of these or other configurations may be applied.
  • the secondary interferometer (not shown) may be a Fizeau interferometer, a Michelson interferometer, or a Mach-Zehnder interferometer. Any interferometer may be applied as long as it is possible to generate interference light by setting the optical path length difference between the measurement light and the reference light, or a combination of these or other configurations may be applied.
  • An optical interferometric distance measuring sensor (100) including a controller (110) and a fiber optic cable (130) connected to the controller (110), The controller (110) A light source (140) that emits light while changing the wavelength; a main interferometer (150) connected to a sensor head (121) via an optical fiber (131) included in an optical fiber cable (130), the main interferometer (150) receiving light projected from a light source (140) and generating a main interference signal based on measurement light irradiated onto a measurement object (T) and reflected by the sensor head (121) and reference light following at least a part of an optical path different from that of the measurement light; a sub-interferometer (160) that is supplied with light projected from a light source (140) and generates a sub-interference signal based on two lights that follow different optical paths; a variable delay amount generating unit for generating a variable delay amount; a correction signal generating unit (171) for generating a correction signal for correcting a sampling period of a
  • 1...sensor system 10...displacement sensor, 11...control device, 12...sensor for inputting control signal, 13...external connection device, 20...sensor head, 21...objective lens, 22a...collimating lens, 22b...collimating lens, 22c...collimating lens, 23...lens holder, 24...optical fiber array, 30...controller, 31...display unit, 32...setting unit, 33...external I/F unit, 34...optical fiber connection unit, 35...external memory unit, 36...measurement Processing unit, 40... optical fiber, 51... wavelength swept light source, 52... optical amplifier, 53, 53a, 53b...
  • correction signal generation unit 71a, 71b , 71c, 71d, 71e...light receiving elements, 72a, 72b, 72c...amplification circuits, 74a, 74b, 74c...AD conversion section, 75...processing section, 76...differential amplification circuit, 77...correction signal generation section, 100, 101...optical interference distance measuring sensor, 110...controller, 111...optical branching section, 112, 113...first photodiode, 114, 115...amplification circuits, 116...second photodiode, 118...processing section, 121, 122...sensor head, 130...optical Fiber cable, 131, 132...optical fiber, 140...wavelength swept light source, 150...main interferometer, 151...first main interferometer, 152...second main interferometer, 160...sub-interferometer, 161...first optical coupler, 162...second optical coupler, 163...optical fiber, 171, 172...correction signal generator, 18

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

主干渉計で生成される信号を適切なタイミングでサンプリングする。コントローラ（１１０）は、光源（１４０）と、主干渉信号を生成する主干渉計（１５０）と、副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部（１７１）と、主干渉信号と補正信号とに基づいて計測対象物（Ｔ）までの距離を計測する処理部（１１８）と、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計（１５０）で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部（１９５）と、を備える。

Description

コントローラ及び光干渉測距センサ
　本発明は、コントローラ及び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。
　従来、この種の光周波数領域反射測定装置として、掃引光源と、掃引光源の出力光の一部に所定の遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号として出力する補助干渉計と、掃引光源の出力光の一部を被測定光ファイバに入力すると共に被測定光ファイバからの反射光と掃引光源の出力光の一部を干渉させ測定干渉信号として出力する測定干渉計と、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源の波長掃引の非線形を補正する線形化部と、線形化部の出力信号をフーリエ変換して周波数領域の信号を出力するフーリエ変換部と、を有する光周波数領域反射測定装置において、線形化部は各々異なる遅延時間を持つ複数の線形化部を有し、フーリエ変換部は複数の線形化部の出力信号に対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算・フーリエ変換部を有するものが知られている（特許文献１参照）。この光周波数領域反射測定装置では、被測定光ファイバの広い範囲にわたり波長掃引の非線形を補正する。
特開２０１７－１８１１１５号公報
　一方、コントローラと、当該コントローラとセンサヘッドとを接続する光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える光干渉測距センサにおいて、光ファイバの長さを変更する場合、光ファイバ介して主干渉計からセンサヘッドに伝搬し、センサヘッドから主干渉計に伝搬する光の光路長も長くなるので、主干渉計が生成する信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する信号との間に、タイミングのずれが発生することがあった。
　また、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長い場合、センサヘッドから計測対象物に照射し、計測対象物に反射されてセンサヘッドに戻る光のラウンドトリップ時間が長くなるので、この場合も、主干渉計が生成する信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する信号との間に、タイミングのずれが発生することがあった。その結果、主干渉計の信号を正確にサンプリングすることができず、計測対象物までの距離に誤差が生じることがあった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主干渉計で生成される信号を適切なタイミングでサンプリングすることのできるコントローラ及び光干渉測距センサを提供することを目的の１つとする。
　本開示の一態様に係るコントローラは、計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、波長を変化させながら光を投光する光源と、光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介してセンサヘッドに接続される主干渉計であって、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主干渉信号を生成する主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、主干渉信号と補正信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部と、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える。
　この態様によれば、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を設定することが可能となる。ここで、補正信号に基づいてサンプリングされた反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、計測対象物がない状態でも可変遅延量を設定することが可能となる。また、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長いときに、当該距離を光が往復するラウンドトリップ時間によって発生し得るタイミングのずれも低減する可変遅延量を設定することが可能となる。従って、主干渉計で生成される信号を、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によって適切なタイミングでサンプリングすることができ、計測対象物までの距離を高精度に計測することができる。
　上記態様において、可変遅延量設定部は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定してもよい。
　この態様によれば、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、容易に設定することができる。
　上記態様において、可変遅延量設定部は、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定してもよい。
　この態様によれば、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、複数のピーク強度のうちの最大値に基づいて可変遅延量が設定されるので、１つの主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度、又は、１つの反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度に基づいて可変遅延量を設定する場合と比較して、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれをさらに低減する可変遅延量を設定することができる。
　上記態様において、可変遅延量設定部は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定してもよい。
　この態様によれば、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、容易に設定することができる。
　上記態様において、可変遅延量設定部は、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定してもよい。
　この態様によれば、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅の最小値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅の最小値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、複数のピーク所定値幅のうちの最小値に基づいて可変遅延量が設定されるので、１つの主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅、又は、１つの反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に基づいて可変遅延量を設定する場合と比較して、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれをさらに低減する可変遅延量を設定することができる。
　上記態様において、可変遅延量設定部は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数とのうち、少なくとも一方が所定数未満となるように、可変遅延量を設定してもよい。
　この態様によれば、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数とのうち、少なくとも一方が所定数未満となるように、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、簡易に設定することができる。
　上記態様において、反射信号は、光源から投光されて主干渉計に供給される光の一部が当該主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、反射信号は、光源から投光されて主干渉計に供給される光の一部が当該主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。これにより、計測対象物が存在せずに主干渉信号を得られない場合でも、主干渉計の反射面から反射信号を得ることが可能となるので、計測対象物を用意（準備）することなく、可変遅延量を設定することができる。
　上記態様において、可変遅延量生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させて補正信号生成部に出力する可変遅延線を含んでいてもよい。
　この態様によれば、可変遅延量生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させて補正信号生成部に出力する可変遅延線を含む。これにより、電気的に遅延を発生させた副干渉計信号を出力することで、補正信号生成部は、電気信号である補正信号を容易に生成することができる。
　上記態様において、補正信号生成部は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、補正信号であるパルス信号を生成してもよい。
　この態様によれば、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、補正信号であるパルス信号が生成される。これにより、主干渉信号のサンプリングのタイミングを容易に合わせる（同期をとる）ことができる。
　上記態様において、主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備えていてもよい。
　この態様によれば、主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備える。これにより、主干渉計信号をサンプリング周期が補正されたデジタル信号に変換する構成を容易に実現することができる。
　本開示の一態様に係る光干渉測距センサは、コントローラと、該コントローラに接続される光ファイバケーブルとを含む光干渉測距センサであって、コントローラは、波長を変化させながら光を投光する光源と、光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介してセンサヘッドに接続される主干渉計であって、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主干渉信号を生成する主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、主干渉信号と補正信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部と、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える。
　この態様によれば、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を設定することが可能となる。ここで、補正信号に基づいてサンプリングされた反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、計測対象物がない状態でも可変遅延量を設定することが可能となる。また、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長いときに、当該距離を光が往復するラウンドトリップ時間によって発生し得るタイミングのずれも低減する可変遅延量を設定することが可能となる。従って、主干渉計で生成される信号を、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によって適切なタイミングでサンプリングすることができ、計測対象物までの距離を高精度に計測することができる。
　本発明によれば、主干渉計で生成される信号を適切なタイミングでサンプリングすることができる。
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１００の構成概要を示す模式図である。 主干渉計１５０において反射波を生成する構成の一具体例を示す模式図である。 主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク及び反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと可変遅延量との関係を説明するための図である。 主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅及び反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅とＦＦＴの条件との関係を説明するための図である。 一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。 一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順の他の例を説明するためのフローチャートである。 一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順のさらに他の例を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る他の光干渉測距センサ１０１の構成概要を示す模式図である。 測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。
　以下、本発明の好適な各実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する各実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する場合がある。
［変位センサの概要］
　先ず、本開示に係る変位センサの概要について説明する。
　図１は、本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。図１に示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０とコントローラ３０とを備え、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。
　センサヘッド２０とコントローラ３０とは、光ファイバ４０で接続されており、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられている。また、コントローラ３０は、表示部３１と、設定部３２と、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部３３と、光ファイバ接続部３４と、外部記憶部３５とを含み、さらに、内部には、計測処理部３６を有する。
　センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力される光を計測対象物Ｔに照射し、当該計測対象物Ｔからの反射光を受光する。センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力されて光ファイバ４０を介して受光した光を反射させ、上述した計測対象物Ｔからの反射光と干渉させるための参照面を、内部に有している。
　なお、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられているが、当該対物レンズ２１は着脱可能な構成となっている。対物レンズ２１は、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズに交換可能であって、又は可変焦点の対物レンズを適用してもよい。
　さらに、センサヘッド２０を設置する際には、ガイド光（可視光）を計測対象物Ｔに照射して、当該変位センサ１０の計測領域内に計測対象物Ｔが適切に位置するようにセンサヘッド２０及び／又は計測対象物Ｔを設置してもよい。
　光ファイバ４０は、コントローラ３０に配置される光ファイバ接続部３４に接続されて延伸し、当該コントローラ３０とセンサヘッド２０とを接続する。これにより、光ファイバ４０は、コントローラ３０から投光される光をセンサヘッド２０に導き、さらに、センサヘッド２０からの戻り光をコントローラ３０へ導くように構成されている。なお、光ファイバ４０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０に着脱可能であって、長さ、太さ及び特性等において種々の光ファイバを適用することができる。
　表示部３１は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等で構成される。表示部３１には、変位センサ１０の設定値、センサヘッド２０からの戻り光の受光量、及び変位センサ１０によって計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等の計測結果が表示される。
　設定部３２は、例えば、機械式ボタンやタッチパネル等をユーザが操作することによって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われる。これらの必要な設定の全部又は一部は、予め設定されていてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部３３に接続された外部接続機器（図示せず）から設定されてもよい。また、外部接続機器は、ネットワークを介して有線又は無線で接続されていてもよい。
　ここで、外部Ｉ／Ｆ部３３は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＲＳ２３２Ｃ、及びアナログ出力等で構成される。外部Ｉ／Ｆ部３３には、他の接続機器に接続されて当該外部接続機器から必要な設定が行われたり、変位センサ１０によって計測された計測結果等を外部接続機器に出力したりしてもよい。
　また、コントローラ３０が外部記憶部３５に記憶されたデータを取り込むことにより、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われてもよい。外部記憶部３５は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）メモリ等の補助記憶装置であって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定等が予め記憶されている。
　コントローラ３０における計測処理部３６は、例えば、連続的に波長を変化させながら光を投光する波長掃引光源、センサヘッド２０からの戻り光を受光して電気信号に変換する受光素子、及び電気信号を処理する信号処理回路等を含む。計測処理部３６では、センサヘッド２０からの戻り光に基づいて、最終的には、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出されるように制御部及び記憶部等を用いて様々な処理がなされている。これらの処理についての詳細は後述する。
　図２は、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図２に示されるように、当該手順は、ステップＳ１１～Ｓ１４を含む。
　ステップＳ１１では、センサヘッド２０を設置する。例えば、センサヘッド２０から計測対象物Ｔにガイド光を照射して、それを参考にして、センサヘッド２０を適切な位置に設置する。
　具体的には、コントローラ３０における表示部３１に、センサヘッド２０からの戻り光の受光量を表示し、ユーザは、当該受光量を確認しながら、センサヘッド２０の向き及び計測対象物Ｔとの距離（高さ位置）等を調整してもよい。基本的には、センサヘッド２０からの光を計測対象物Ｔに対して垂直に（より垂直に近い角度で）照射できれば、当該計測対象物Ｔからの反射光の光量が大きく、センサヘッド２０からの戻り光の受光量も大きくなる。
　また、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズ２１に交換してもよい。
　さらに、計測対象物Ｔを計測するに際して適切な設定ができない場合（例えば、計測に必要な受光量を得られない、又は対物レンズ２１の焦点距離が不適切である等）には、エラー又は設定未完了等を、表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりして、ユーザに通知するようにしてもよい。
　ステップＳ１２では、計測対象物Ｔを計測するに際して種々の計測条件を設定する。例えば、センサヘッド２０が有する固有の校正データ（線形性を補正する関数等）を、ユーザがコントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定する。
　また、各種パラメータを設定してもよい。例えば、サンプリング時間、計測範囲、及び計測結果を正常とするか異常とするかの閾値等が設定される。さらに、計測対象物Ｔの反射率及び材質等の計測対象物Ｔの特性に応じて測定周期が設定され、及び計測対象物Ｔの材質に応じた測定モード等が設定されるようにしてもよい。
　なお、これらの計測条件及び各種パラメータの設定は、コントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定されるが、外部接続機器から設定されてもよいし、外部記憶部３５からデータを取り込むことによって設定されてもよい。
　ステップＳ１３では、ステップＳ１１で設置されたセンサヘッド２０で、ステップＳ１２で設定された計測条件及び各種パラメータに従って、計測対象物Ｔを計測する。
　具体的には、コントローラ３０の計測処理部３６において、波長掃引光源から光が投光され、センサヘッド２０からの戻り光を受光素子で受光し、信号処理回路によって周波数解析、距離変換及びピーク検出等がなされて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出される。具体的な計測処理についての詳細は、後述する。
　ステップＳ１４では、ステップＳ１３で計測された計測結果を出力する。例えば、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等を、コントローラ３０における表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりする。
　また、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が、ステップＳ１２で設定された閾値に基づいて、正常の範囲内であるか異常かについても計測結果として表示又は出力されてもよい。さらに、ステップＳ１２で設定された計測条件、各種パラメータ及び測定モード等も共に表示又は出力されてもよい。
［変位センサを含むシステムの概要］
　図３は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、センサシステム１は、変位センサ１０と、制御機器１１と、制御信号入力用センサ１２と、外部接続機器１３とを備える。なお、変位センサ１０は、制御機器１１及び外部接続機器１３とは、例えば、通信ケーブル又は外部接続コード（例えば、外部入力線、外部出力線及び電源線等を含む）で接続され、制御機器１１と制御信号入力用センサ１２とは信号線で接続される。
　変位センサ１０は、図１及び図２を用いて説明したように、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。そして、変位センサ１０は、その計測結果等を制御機器１１及び外部接続機器１３に出力してもよい。
　制御機器１１は、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であって、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するに際して、当該変位センサ１０に対して各種の指示を与える。
　例えば、制御機器１１は、制御機器１１に接続された制御信号入力用センサ１２からの入力信号に基づいて、測定タイミング信号を変位センサ１０に出力してもよいし、ゼロリセット命令信号（現在の計測値を０に設定するための信号）等を変位センサ１０に出力してもよい。
　制御信号入力用センサ１２は、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するタイミングを指示するオン／オフ信号を、制御機器１１に出力する。例えば、制御信号入力用センサ１２は、計測対象物Ｔが移動する生産ラインの近傍に設置され、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知して、制御機器１１にオン／オフ信号を出力すればよい。
　外部接続機器１３は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であって、ユーザが操作することによって、変位センサ１０に対して様々な設定を行うことができる。
　具体例としては、測定モード、動作モード、測定周期、及び計測対象物Ｔの材質等が設定される。
　測定モードの設定として、制御機器１１内部で周期的に計測開始する「内部同期計測モード」、又は制御機器１１外部からの入力信号に応じて計測開始する「外部同期計測モード」等が選択される。
　動作モードの設定として、実際に計測対象物Ｔを計測する「運転モード」、又は計測対象物Ｔを計測するための計測条件を設定する「調整モード」等が選択される。
　測定周期は、計測対象物Ｔを測定する周期であり、計測対象物Ｔの反射率に応じて設定すればよいが、仮に、計測対象物Ｔの反射率が低い場合であっても、測定周期を長くして適切に測定周期を設定すれば、計測対象物Ｔを適切に測定することができる。
　計測対象物Ｔについて、反射光の成分として拡散反射が比較的多い場合に適した「粗面モード」、反射光の成分として鏡面反射が比較的多い場合に適した「鏡面モード」、又はこれらの中間的な「標準モード」等が選択される。
　このように、計測対象物Ｔの反射率及び材質に応じて、適切な設定を行うことによって、より高精度に計測対象物Ｔを計測することができる。
　図４は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、当該手順は、上述した外部同期計測モードの場合の手順であって、ステップＳ２１～Ｓ２４を含む。
　ステップＳ２１では、センサシステム１は、計測される対象である計測対象物Ｔを検知する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、生産ライン上において、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知する。
　ステップＳ２２では、センサシステム１は、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを変位センサ１０によって計測するように計測指示する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、制御機器１１にオン／オフ信号を出力することにより、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを測定するタイミングを指示し、制御機器１１は、当該オン／オフ信号に基づいて、変位センサ１０に測定タイミング信号を出力して、計測対象物Ｔを計測するように計測指示する。
　ステップＳ２３では、変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される。具体的には、変位センサ１０は、ステップＳ２２で受け取った計測指示に基づいて、計測対象物Ｔを計測する。
　ステップＳ２４では、センサシステム１は、ステップＳ２３で計測された計測結果を出力する。具体的には、変位センサ１０は、計測処理の結果を、表示部３１に表示したり、外部Ｉ／Ｆ部３３を経由して制御機器１１又は外部接続機器１３等に出力したりする。
　なお、ここでは、図４を用いて、制御信号入力用センサ１２によって計測対象物Ｔが検知されることにより計測対象物Ｔを計測する外部同期計測モードの場合についての手順を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、内部同期計測モードの場合は、ステップＳ２１及びＳ２２に代わって、予め設定された周期に基づいて測定タイミング信号が生成されることにより、計測対象物Ｔを計測するように変位センサ１０に指示する。
　次に、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明する。
　図５Ａは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。図５Ａに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｅと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、複数の増幅回路５７ａ～５７ｃと、複数のアナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８ａ～５８ｃと、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。
　波長掃引光源５１は、波長を掃引したレーザ光を投光する。波長掃引光源５１としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ）を電流で変調する方式を適用すれば、共振器長が短いためにモードホップを起こしにくく、波長を変化させることが容易であり、低コストで実現することができる。
　光増幅器５２は、波長掃引光源５１から投光される光を増幅する。光増幅器５２は、例えば、ＥＤＦＡ（ｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を適用し、例えば、１５５０ｎｍ専用の光増幅器であってもよい。
　アイソレータ５３は、入射した光を一方向に透過させる光学素子であって、戻り光によって発生するノイズの影響を防ぐために、波長掃引光源５１の直後に配置されてもよい。
　このように、波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐される。例えば、光カプラ５４では、主干渉計と副干渉計とに分岐する光の割合は、主干渉計側に９０％以上分岐させるようにしてもよい。
　主干渉計に分岐された光は、さらに、１段目の光カプラ５４ａによって、センサヘッド２０の方向と２段目の光カプラ５４ｂの方向とに分岐される。
　１段目の光カプラ５４ａによってセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、１段目の光カプラ５４ａに戻り、その後、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。
　１段目の光カプラ５４ａによって２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ａを介して２段目の光カプラ５４ｂに向かい、当該２段目の光カプラ５４ｂによって、さらにセンサヘッド２０の方向と３段目の光カプラ５４ｃの方向とに分岐される。光カプラ５４ｂからセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、２段目の光カプラ５４ｂに戻り、当該光カプラ５４ｂによってアイソレータ５３ａ及び受光素子５６ｂそれぞれの方向へ分岐される。光カプラ５４ｂから受光素子５６ｂの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ａは、前段の光カプラ５４ａから後段の光カプラ５４ｂへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｂから前段の光カプラ５４ａへの光を遮断するため、光カプラ５４ｂからアイソレータ５３ａの方向へ分岐された光は、遮断される。
　２段目の光カプラ５４ｂによって３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ｂを介して３段目の光カプラ５４ｃに向かい、当該３段目の光カプラ５４ｃによって、さらにセンサヘッド２０の方向と減衰器５５の方向とに分岐される。光カプラ５４ｃからセンサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目及び２段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、３段目の光カプラ５４ｃに戻り、当該光カプラ５４ｃによってアイソレータ５３ｂ及び受光素子５６ｃそれぞれの方向へ分岐される。光カプラ５４ｃから受光素子５６ｃの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ｂは、前段の光カプラ５４ｂから後段の光カプラ５４ｃへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｃから前段の光カプラ５４ｂへの光を遮断するため、光カプラ５４ｃからアイソレータ５３ｂの方向へ分岐された光は、遮断される。
　なお、３段目の光カプラ５４ｃによってセンサヘッド２０でない方向に分岐された光は、計測対象物Ｔの計測に用いられないため、反射して戻ってこないように、例えば、ターミネータ等の減衰器５５によって減衰されるとよい。
　このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれセンサヘッド２０の光ファイバの先端（端面）から計測対象物Ｔまでの距離の２倍（往復）を光路長差とした干渉計であり、それぞれ光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。
　受光素子５６ａ～５６ｃは、上述したように主干渉計からの干渉光を受光し、当該受光した受光量に応じた電気信号を生成する。
　増幅回路５７ａ～５７ｃは、それぞれ受光素子５６ａ～５６ｃから出力される電気信号を増幅する。
　ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃは、それぞれ増幅回路５７ａ～５７ｃによって増幅された電気信号を受信して、当該電気信号に関してアナログ信号からデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。ここで、ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃは、副干渉計における補正信号生成部６１からの補正信号に基づいて、ＡＤ変換する。
　副干渉計では、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を補正するために、副干渉計にて干渉信号を取得し、Ｋクロックと呼ばれる補正信号を生成する。
　具体的には、光カプラ５４によって副干渉計に分岐された光は、光カプラ５４ｄによって、さらに分岐される。ここで、分岐された各光の光路は、例えば、光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間において異なる長さの光ファイバを用いて光路長差を有するように構成されて、当該光路長差に応じた干渉光が光カプラ５４ｅから出力される。そして、バランスディテクタ６０は、光カプラ５４ｅからの干渉光を受光し、その逆位相の信号との差分を取ることによってノイズを除去しつつ、光信号を増幅して電気信号に変換する。
　なお、光カプラ５４ｄ及び光カプラ５４ｅは、いずれも５０：５０の割合で光を分岐すればよい。
　補正信号生成部６１は、バランスディテクタ６０からの電気信号に基づいて、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を把握し、当該非線形に応じたＫクロックを生成し、ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに出力する。
　波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性から、主干渉計においてそれぞれＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに入力されるアナログ信号の波の間隔は等間隔ではない。ＡＤ変換部５８ａ～５８ｃでは、波の間隔が等間隔になるように、上述したＫクロックに基づいてサンプリング時間を補正してＡＤ変換（サンプリング）される。
　なお、Ｋクロックは、上述したように、主干渉計のアナログ信号をサンプリングするために用いられる補正信号であるため、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要がある。具体的には、副干渉計における光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間で設けられた光路長差を、主干渉計における光ファイバの先端（端面）と計測対象物Ｔとの間で設けられた光路長差よりも長くしてもよいし、補正信号生成部６１で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。
　処理部５９は、それぞれＡＤ変換部５８ａ～５８ｃによって非線形性が補正されつつＡＤ変換されたデジタル信号を取得し、当該デジタル信号に基づいて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を算出する。具体的には、処理部５９では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いてデジタル信号を周波数変換し、それらを解析することによって距離が算出される。処理部５９における詳細な処理については後述する。
　なお、処理部５９では、高速処理が要求されることから、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）等の集積回路で実現される場合が多い。
　また、ここでは、主干渉計において３段の光路を設けて、センサヘッド２０によってそれぞれの光路から計測対象物Ｔに対して測定光が照射され、それぞれから得られる干渉光（戻り光）に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。主干渉計におけるチャネルは、３段に限定されるものではなく、１段又は２段であってもよいし、４段以上であってもよい。
　図５Ｂは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される別の原理を説明するための図である。図５Ｂに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｊと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、複数の増幅回路５７ａ～５７ｃと、複数のアナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８ａ～５８ｃと、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。図５Ｂに示された変位センサ１０は、主に、光カプラ５４ｆ～５４ｊを備えている点で、図５Ａに示された変位センサ１０の構成とは異なり、当該異なる構成による原理について、図５Ａと比較しながら詳しく説明する。
　波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計側と副干渉計側とに分岐されるが、主干渉計側に分岐された光は、さらに、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐される。
　測定光は、図５Ａで説明したように、１段目の光カプラ５４ａによってコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射する。ここで、図５Ａでは、光ファイバの先端（端面）を参照面として、当該参照面で反射した光と計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されていたが、図５Ｂでは、光が反射する参照面を設けていない。すなわち、図５Ｂでは、図５Ａのように参照面で反射する光が発生しないため、計測対象物Ｔで反射された測定光が１段目の光カプラ５４ａに戻ることなる。
　同様に、１段目の光カプラ５４ａから２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、当該２段目の光カプラ５４ｂによってコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して２段目の光カプラ５４ｂに戻る。２段目の光カプラ５４ｂから３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、当該３段目の光カプラ５４ｃによってコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して３段目の光カプラ５４ｃに戻る。
　一方、光カプラ５４ｆによって分岐された参照光は、さらに、光カプラ５４ｇによって光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに分岐される。
　光カプラ５４ｈでは、光カプラ５４ａから出力される計測対象物Ｔで反射された測定光と、光カプラ５４ｇから出力される参照光とが干渉し、干渉光が生成されて、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。換言すれば、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐され、当該測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、コリメートレンズ２２ａ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｈまで到達する光路）と、当該参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｈまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。
　同様に、光カプラ５４ｉでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、コリメートレンズ２２ｂ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｉまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｉまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。
　光カプラ５４ｊでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、コリメートレンズ２２ｃ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｊまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｊまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。なお、受光素子５６ａ～５６ｃは、例えば、バランスフォトディテクタであってもよい。
　このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれ計測対象物Ｔで反射されて光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される測定光と、光カプラ５４ｆ及び５４ｇを介してそれぞれ光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される参照光との光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。
　なお、測定光と参照光との光路長差は、３チャネルにおいてそれぞれ異なるように、例えば、光カプラ５４ｇと、各光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊとの光路長を異なるように設定してもよい。
　そして、それぞれから得られる干渉光に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。
［センサヘッドの構造］
　ここで、変位センサ１０に用いられるセンサヘッドの構造について説明する。
　図６Ａは、センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図であり、図６Ｂは、センサヘッドの内部構造を示す模式図である。
　図６Ａに示されるように、センサヘッド２０は、レンズホルダ２３に対物レンズ２１及びコリメートレンズが格納されている。例えば、レンズホルダ２３のサイズは、対物レンズ２１を囲う一辺の長さが２０ｍｍ程度であり、光軸方向への長さが４０ｍｍ程度である。
　図６Ｂに示されるように、レンズホルダ２３には、１つの対物レンズ２１及び３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃが格納されている。光ファイバからの光は、光ファイバアレイ２４を介して３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃに導かれるように構成されており、さらに、３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃを通過した光は、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔに照射される。
　このように、これらの光ファイバ、コリメートレンズ２２ａ～２２ｃ及び光ファイバアレイ２４は、対物レンズ２１とともに、レンズホルダ２３によって保持されて、センサヘッド２０を構成している。
　また、センサヘッド２０を構成するレンズホルダ２３は、高強度で、また高精度に加工できる金属（例えば、Ａ２０１７）で作製されていてもよい。
　図７は、コントローラ３０における信号処理について説明するためのブロック図である。図７に示されるように、コントローラ３０は、複数の受光素子７１ａ～７１ｅと、複数の増幅回路７２ａ～７２ｃと、複数のＡＤ変換部７４ａ～７４ｃと、処理部７５と、差動増幅回路７６と、補正信号生成部７７とを備える。
　コントローラ３０では、図５Ａで示されたように、波長掃引光源５１から投光された光を光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐し、それぞれより得られる主干渉信号及び副干渉信号を処理することによって、計測対象物Ｔまでの距離値を算出している。
　複数の受光素子７１ａ～７１ｃは、図５Ａに示された受光素子５６ａ～５６ｃに相当し、主干渉計からの主干渉信号をそれぞれ受光して、電流信号としてそれぞれ増幅回路７２ａ～７２ｃに出力する。
　複数の増幅回路７２ａ～７２ｃは、電流信号を電圧信号に変換（Ｉ－Ｖ変換）して増幅する。
　複数のＡＤ変換部７４ａ～７４ｃは、図５Ａに示されたＡＤ変換部５８ａ～５８ｃに相当し、後述する補正信号生成部７７からのＫクロックに基づいて、電圧信号をデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。
　処理部７５は、図５Ａに示された処理部５９に相当し、ＡＤ変換部７４ａ～７４ｃからのデジタル信号をＦＦＴを用いて周波数に変換し、それらを解析して、計測対象物Ｔまでの距離値を算出する。
　複数の受光素子７１ｄ～７１ｅ及び差動増幅回路７６は、図５Ａに示されたバランスディテクタ６０に相当し、副干渉計における干渉光をそれぞれ受光して、一方は位相の反転した干渉信号を出力し、２つの信号の差分を取ることによってノイズを除去しつつ、干渉信号を増幅して電圧信号に変換する。
　補正信号生成部７７は、図５Ａに示された補正信号生成部６１に相当し、電圧信号をコンパレータで２値化し、Ｋクロックを生成し、ＡＤ変換部７４ａ～７４ｃに出力する。Ｋクロックは、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要があるため、補正信号生成部７７で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。
　図８は、コントローラ３０における処理部５９によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。図８に示されるように、当該方法は、ステップＳ３１～Ｓ３４を含む。
　ステップＳ３１では、処理部５９は、下記ＦＦＴを用いて、波形信号（電圧ｖｓ時間）をスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換する。図９Ａは、波形信号（電圧ｖｓ時間）がスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換される様子を示す図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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、コントローラ１１０と、コントローラ１１０とセンサヘッド１２１とを接続する光ファイバケーブル１３０と、を含んで構成されている。光干渉測距センサ１００は、さらに、センサヘッド１２１を含んで構成されていてもよい。
　コントローラ１１０は、波長掃引光源１４０と、光分岐部１１１と、主干渉計１５０と副干渉計１６０と、第１フォトダイオード（ＰＤ）１１２と、増幅回路１１４，と、第２フォトダイオード（ＰＤ）１１６と、可変遅延線１９１と、補正信号生成部１７１と、ＡＤ変換部１８１と、処理部１１８と、可変遅延量設定部１９５と、を備える。
　光ファイバケーブル１３０は、１つ又は複数の光ファイバから構成される光ファイバ群である。光ファイバケーブル１３０は、コントローラ１１０及びセンサヘッド１２１のそれぞれに、着脱自在、つまり、取り付け及び取り外しが可能に構成されている。光ファイバケーブル１３０は、例えば、光ファイバ１３１を含んで構成される。光ファイバ１３１は、長さに比例する光路長を有しており、光ファイバ１３１の長さは、計測対象物Ｔまでの距離に基づいて設定されている。
　波長掃引光源１４０は、波長を連続的に変化させながら光を投光する。すなわち、波長掃引光源１４０から投光される光は、継続して波長が変化している。そして、波長掃引光源１４０から投光された光は、例えば光カプラ等で構成される光分岐部１１１を介して、主干渉計１５０と副干渉計１６０とに供給される。波長掃引光源１４０では、入力する電流の大きさを変化させることで波長を連続的に制御する。入力電流波形には主に三角波やのこぎり波が用いられる。
　主干渉計１５０は、光ファイバケーブル１３０の光ファイバ１３１に接続されており、波長掃引光源１４０から投光された光を、光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２１に供給し、さらに、センサヘッド１２１からの戻り光を第１フォトダイオード１１２に導く。
　具体的には、主干渉計１５０からセンサヘッド１２１に導かれた光は、測定光として、例えば、センサヘッド１２１に配置されたコリメートレンズや対物レンズを介して、計測対象物Ｔに照射される。そして、当該計測対象物Ｔでの反射光がセンサヘッド１２１に戻る。
　また、主干渉計１５０からセンサヘッド１２１に導かれた光の一部は、参照光として、例えば、光ファイバ１３１の先端等に設けられた参照面で反射される。そして、上述した測定光と当該参照光とが干渉することにより、測定光及び参照光の光路長差に応じた干渉光（「主干渉信号」ともいう）が生成される。
　このように、主干渉計１５０は、波長掃引光源１４０から投光された光が供給され、センサヘッド１２１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主干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源から投光された光が供給され、主干渉信号を生成するということから、主干渉計１５０にセンサヘッド１２１を含めて主干渉計と言うこともできる。
　第１フォトダイオード１１２は、主干渉計１５０によって生成された主干渉信号を受光して電気信号に変換する。第１フォトダイオード１１２によって変換された電気信号は、例えば電流信号である。
　増幅回路１１４は、第１フォトダイオード１１２から入力された電気信号を、所定の利得（「ゲイン」ともいう）で増幅する。第１フォトダイオード１１２から電流信号が入力される場合、増幅回路１１４は、当該電流信号を電圧信号に変換（「Ｉ－Ｖ変換」ともいう）して増幅する。増幅された電気信号は、ＡＤ変換部１８１に出力される。
　副干渉計１６０は、波長掃引光源１４０から投光された光が光分岐部１１１によって分岐されて供給され、異なる光路長の光路を辿る２つの光に基づいて副干渉信号を生成する。具体的には、第１光カプラ１６１によって異なる光路長の光路を辿る２つの光に分岐され、その後、第２光カプラ１６２によって合成して干渉させることで、その光路長差に基づく副干渉信号が生成される。当該副干渉信号は、光ファイバ１６３を伝搬して第２フォトダイオード１１６に導かれる。一方、第２光カプラ１６２の残りのポートは、コアレスファイバ終端を備えた光ファイバに接続され、又は減衰器に接続される。
　第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「副干渉計信号」ともいう）に変換する。第２フォトダイオード１１６によって変換された電気信号は、例えば電流信号である。
　なお、第２フォトダイオード１１６から出力される電気信号は、それぞれ、図示を省略した増幅回路によって、所定のゲインで増幅してもよい。この場合、増幅回路は、増幅した電気信号を、可変遅延線１９１に出力する。
　可変遅延線１９１は、可変遅延量を生成するように構成されている。本実施形態の可変遅延線１９１は、本発明における「可変遅延量生成部」の一例に相当する。
　より詳細には、可変遅延線１９１は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させて補正信号生成部１７１に出力するように構成されている。可変遅延線１９１の可変遅延量は、後述する可変遅延量設定部から入力される制御信号に従って生成される。
　可変遅延線１９１は、電気信号の伝搬を遅らせる電子部品であり、当該遅れが変更可能であるもの、例えばプログラマブルディレイラインを含んで構成される。なお、可変遅延線１９１の電子部品は、プログラマブルディレイラインに限定されるものではなく、可変遅延量に応じた変更可能な遅延（遅れ）を電気信号に発生させるものであれば、他の電子部品であってもよい。また、可変遅延線１９１は、その構造、種類、数等は問わない。
　このように、可変遅延線１９１は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させて補正信号生成部１７１に出力する。これにより、電気的に遅延を発生させた副干渉計信号を出力することで、補正信号生成部１７１は、電気信号である補正信号を容易に生成することができる。
　補正信号生成部１７１は、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、補正信号（「Ｋクロック信号」、又は単に「Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。補正信号は、主干渉計１５０が生成する主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。副干渉信号は、掃引時における波長の非線形性から、主干渉信号と同様に非線形であるため、補正信号生成部１７１は、当該副干渉信号に基づいて掃引時における波長の非線形性を把握することで、主干渉信号のアナログ信号を適切にサンプリングしてＡＤ変換するための補正信号、つまり、Ｋクロック信号を生成することができる。
　なお、補正信号生成部１７１において適切な補正信号を生成するためには、第１フォトダイオード１１２で受光する主干渉信号の非線形性を、補正信号生成部１７１で適切に把握される必要がある。このためには、主干渉信号と副干渉信号との特性（非線形性）を整合させておく、言い換えれば、主干渉信号と副干渉信号とを時間的に合わせておくことが好ましい。
　より詳細には、補正信号生成部１７１は、遅延副干渉計信号に基づいて、補正信号を生成するように構成されている。すなわち、補正信号は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延を発生させた信号に基づいて、生成される。当該遅延は、上述した可変遅延量に応じた時間である。
　また、補正信号生成部１７１は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に上述した可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、補正信号であるパルス信号を生成してもよい。これにより、主干渉信号のサンプリングのタイミングを容易に合わせる（同期をとる）ことができる。
　ＡＤ変換部１８１は、主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するように構成されている。ＡＤ変換部１８１に入力される主干渉信号は、アナログ信号の波の間隔が等間隔ではない。ＡＤ変換部１８１は、当該主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、上述した補正信号、つまり、Ｋクロック信号に基づいたサンプリング周期（サンプリング間隔）で、主干渉信号のアナログ信号をサンプリングしてＡＤ変換する。
　このように、ＡＤ変換部１８１が主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換することにより、主干渉計信号をサンプリング周期が補正されたデジタル信号に変換する構成を容易に実現することができる。
　処理部１１８は、主干渉計１５０によって生成された主干渉信号と、副干渉計１６０によって生成された副干渉信号とに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出するように構成されている。
　より詳細には、処理部１１８は、第１フォトダイオード１１２で受光され、増幅回路１１４で増幅された主干渉信号と、第２フォトダイオード１１６で受光された副干渉信号及び可変遅延線１９１で生成された可変遅延量とに基づいて生成された補正信号とに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出するように構成されている。
　具体的には、ＡＤ変換部１８１において、主干渉信号に基づく非線形なアナログ信号が、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によって補正されたサンプリング周期でデジタル信号に変換されるので、処理部１１８は、当該デジタル信号を、ＦＦＴ等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。
　可変遅延量設定部１９５は、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定するように構成されている。
　より詳細には、ＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換した信号が可変遅延量設定部１９５に入力される。可変遅延量設定部１９５は、この信号に基づいて、可変遅延量を設定するように構成されている。可変遅延量設定部１９５に入力される信号は、例えば、主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号、及び、反射信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号である。あるいは、可変遅延量設定部１９５に入力される信号は、主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号、及び、反射信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号でもよい。また、可変遅延量設定部１９５が設定する可変遅延量は、上述した可変遅延線１９１が生成する可変遅延量である。
　ここで、主干渉計１５０が生成する反射信号について説明する。
　図１１は、主干渉計１５０において反射波を生成する構成の一具体例を示す模式図である。図１１に示すように、主干渉計１５０には、光を反射する反射面１２６ａが形成されている。具体的には、センサヘッド１２１は、計測対象物Ｔに光を照射する対物レンズ１２６と、光ファイバ１３１の先端と対物レンズ１２６との間に配置されるコリメートレンズ１２７と、を有する。反射面１２６ａは、センサヘッド１２１内の対物レンズ１２６の裏面（センサヘッド１２１における光ファイバ１３１側の面）に形成されている。
　なお、センサヘッド１２１には、光ファイバ１３１の先端と対物レンズ１２６との間のコリメートレンズ１２７を有していなくてもよいし、対物レンズ１２６を配置せずにコリメートレンズ１２７のみを配置してもよい。この場合、反射面は、コリメートレンズ１２７に形成されてもよい。
　光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２１に入力された光の一部は、上述したように、測定光として計測対象物Ｔに照射され、計測対象物で反射される。そして、センサヘッド１２１に入力された光の他の一部は参照光として光ファイバ１３１の先端に設けられた参照面１３１ａで反射される。当該測定光及び参照光に基づいて主干渉信号（干渉光）が生成され、センサヘッド１２１から計測対象物Ｔまでの距離が、ＦＦＴで周波数変換した信号におけるピークとして検出される。
　また、光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２１に入力された光の他の一部は、対物レンズ１２６に形成された反射面１２６ａで反射される。そして、当該反射面１２６ａで反射された反射光及び上述した参照光に基づいて反射信号（干渉光）が生成され、センサヘッド１２１内における対物レンズ１２６の位置、具体的には反射面１２６ａの位置が、ＦＦＴで周波数変換した信号におけるピークとして検出される。
　このように、反射信号は、波長掃引光源１４０から投光されて主干渉計１５０に供給される光の一部が主干渉計１５０において形成される反射面１２６ａ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。これにより、計測対象物Ｔが存在せずに主干渉信号を得られない場合でも、主干渉計の反射面から反射信号を得ることが可能となるので、計測対象物を用意（準備）することなく、可変遅延量を設定することができる。
　なお、対物レンズ１２６に形成される反射面１２６ａは、対物レンズ１２６の表面に形成されてもよい。また、反射面１２６ａは、対物レンズ１２６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。
　また、反射面は、センサヘッド１２１内部の部品に形成されていてもよい。当該部品は、センサヘッド１２１を構成する部品の一部を利用してもよいし、反射信号を生成するためのものとして、筐体内部に別途配置された部品であってもよい。
［主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク及び反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと可変遅延量との関係］
　図１２は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク及び反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと可変遅延量との関係を説明するための図である。図１３は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅及び反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク半値幅とＦＦＴの条件との関係を説明するための図である。なお、以下において、明示する場合を除き、反射信号のデジタル信号を用いて説明し、主干渉信号のデジタル信号を用いる場合の説明を省略する。
　従来の光干渉測距センサでは、コントローラとセンサヘッドとを接続する光ファイバケーブルの光ファイバの長さを変更する場合、光ファイバ介して主干渉計からセンサヘッドに伝搬し、センサヘッドから主干渉計に伝搬する光の光路長も長くなるので、主干渉計が生成する主干渉信号及び反射信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する補正信号との間に、タイミングのずれが発生し得る。
　また、従来の光干渉測距センサにおいて、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長い場合、センサヘッドから計測対象物に照射し、計測対象物に反射されてセンサヘッドに戻る光のラウンドトリップ時間が長くなるので、この場合も、主干渉計が生成する主干渉信号及び反射信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する補正信号との間に、タイミングのずれが発生し得る。
　ここで、ＦＦＴを用いてデジタル信号を周波数に変換した信号（以下、「周波数信号」ともいう）において、上述したタイミングのずれのない理想的な周波数信号は、図１２に示すように、所定のピーク、例えば、所定値ＰＩのピーク強度（ピーク信号強度）と所定値ＰＨＷのピーク半値幅とを有している。
　上述したように、本実施形態の光干渉測距センサ１００は、主干渉計１５０によって生成された反射信号及び主干渉信号は、それぞれ、ＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換した信号になり、この周波数信号が、それぞれ、可変遅延量設定部１９５に入力される。
　また、上述したように、本実施形態の光干渉測距センサ１００は、ＡＤ変換部１８１において、反射信号又は主干渉信号に基づくアナログ信号を、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によってサンプリング周期を補正してデジタル信号に変換している。よって、適切な可変遅延量を設定することで、タイミングのずれを低減（解消）することができ、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号の周波数信号は、図１２に示す理想的な周波数信号における所定のピークと同様のピークを有することになる。
　より詳細には、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号の周波数変換信号におけるピーク強度が高い、例えば、ピーク強度が所定値ＰＩ以上である、又は同程度である場合、設定されている可変遅延量は適切であると判断し得る。すなわち、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号の周波数変換信号におけるピーク強度は、適切な可変遅延量の指標となる。
　また、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号の周波数変換信号におけるピーク半値幅が小さい（狭い）、例えば、ピーク半値幅が所定値ＰＨＷ未満である、又は同程度である場合、設定されている可変遅延量は適切であると判断し得る。すなわち、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号の周波数変換信号におけるピーク半値幅は、適切な可変遅延量の指標となる。なお、適切な可変遅延量の指標として、ピーク半値幅を一般化し、ピークの値に対して所定値の幅（以下、「ピーク所定値幅」ともいう）を用いてもよい。この場合、所定値は、ピーク値の半分の値である他、例えば、１／ｅ、１／ｅ２等の値であってもよい。ピーク半値幅を用いるときについても、同様に、ピーク所定値幅が小さい（狭い）、例えば、ピーク所定値幅が所定値未満である、又は同程度である場合、設定されている可変遅延量は適切であると判断し得る。
　上述したように、本実施形態の光干渉測距センサ１００は、可変遅延量設定部１９５が、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定している。
　このように、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づくことにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を設定することが可能となる。ここで、補正信号に基づいてサンプリングされた反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、計測対象物Ｔがない状態でも可変遅延量を設定することが可能となる。また、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、センサヘッド１２１から計測対象物Ｔまでの距離が光ファイバ１３１の長さと比較して長いときに、当該距離を光が往復するラウンドトリップ時間によって発生し得るタイミングのずれも低減する可変遅延量を設定することが可能となる。従って、主干渉計で生成される信号を、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によって適切なタイミングでサンプリングすることができ、計測対象物Ｔまでの距離を高精度に計測することができる。
　また、可変遅延量設定部１９５は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、容易に設定することができる。
　さらに、可変遅延量設定部１９５は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、容易に設定することができる。
　また、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号では、当該信号におけるピーク所定値幅は、その範囲に含まれるサンプリング数（「計測点数」又は「データ点数」ともいう）が、ＦＦＴの条件、例えばゼロ埋めの有無、窓関数の有無、窓関数の種類に依存する。言い換えれば、ＦＦＴの条件を決めれば、理想的には、計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号におけるピーク所定値幅の範囲に含まれる計測点数が所定の数（以下、「所定数」ともいう）になる。なお、ゼロ埋めは、計測データにゼロを追加して周波数分解能を向上させる一般的な手法である。例えば、計測点数が２倍のデータ点数になるように、計測点数と同数のゼロを追加してゼロ埋めすると、周波数分解能が２倍になる。本出願では、ゼロ埋めによって実測の計測点数に対して何倍にするかを決める係数として「Ｎｐａｄ」（Ｎｐａｄは正の整数）を用いる。具体的には、Ｎｐａｄ＝２である場合、５０００点の計測点数に対して５０００点のゼロデータを追加して１００００点となる。また、Ｎｐａｄ＝３である場合、５０００点の計測点数に対して１００００点のゼロデータを追加して１５０００点となる。よって、実測の計測点数Ｎに対してゼロ埋めしたときの計測点数は、Ｎ×Ｎｐａｄになる。
　例えば、図１３に一点鎖線で示すように、窓関数なし、つまり、矩形窓でゼロ埋め無しの条件のＦＦＴで、ノイズのない理想的な状態の正弦波を計測点数ごとのパワースペクトルに変換した場合、当該信号におけるピーク所定値、例えばピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は、１点となる。また、図１３に実線で示すように、一般的な窓関数、例えばハミング窓でゼロ埋め無しの条件のＦＦＴで、上述の正弦波を計測点数ごとのパワースペクトルに変換した場合、当該信号におけるピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は、窓関数自体の特定により２点となる。なお、ＦＦＴにおいて、例えばハン窓、ガウス窓等のハミング窓以外の窓関数を用いる場合も、一部の例外を除き、窓関数自体の特定により２点となる。さらに、図１３に破線で示すように、ハミング窓でゼロ埋め有り（Ｎｐａｄ＝２）の条件のＦＦＴで、上述の正弦波を計測点数ごとのパワースペクトルに変換した場合、当該信号におけるピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は、窓関数自体の特定により２点、ゼロ埋めによりデータ点数が倍になるので、４点となる。なお、図１３のグラフにおいて、縦軸の強度値は正規化して描画している。
　このように、理想的な反射信号及び主干渉信号のデジタル信号において、一部の例外を除いたハミング窓等の窓関数を想定したＦＦＴを用いて計測点数ごとのパワースペクトルに変換する場合、当該信号のピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は２点となり、さらにゼロ埋めを行うＦＦＴを用いて計測点数ごとのパワースペクトルに変換する場合、当該信号のピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は、２×Ｎｐａｄと表すことができる。
　実際には、データ取得の際にジッターやノイズ等の影響により、計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号におけるピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数は、左右の１点程度広がる可能性がある。これを考慮し、計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号におけるピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２未満である場合、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号は、理想的、すなわち、タイミングのずれが小さいと見なすことができる。また、このことをピーク所定幅にまで拡張し、計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号におけるピーク所定値幅の範囲に含まれる計測点数が所定数未満である場合、反射信号及び主干渉信号のデジタル信号は、タイミングのずれが小さい理想的な状態であると見なすことができる。
　本実施形態では、図１２及び図１３において、ピーク半値幅が半値全幅である例を示したが、これに限定されるものではない。ピーク半値幅は、半値半幅であってもよい。同様に、ピーク所定値幅は、所定値全幅であってもよいし、所定値半幅であってもよい。
［可変遅延量の設定手順］
　図１４は、一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。図１５は、一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順の他の例を説明するためのフローチャートである。図１６は、一実施形態におけるコントローラ１１０が行う処理手順のさらに他の例を説明するためのフローチャートである。
　以下の説明では、最大数ｍａｘ（ｍａｘは２以上の整数）とｍａｘ個の遅延量Ｄｎ（ｎ＝１、２、…、ｍａｘ）とに値が格納されており、メモリ等の記憶手段にあらかじめ記憶されているものとする。
　（具体例１：可変遅延量設定処理Ｓ２１０の処理手順）
　可変遅延量設定処理Ｓ２１０では、複数のピーク強度における最大値に基づいて、可変遅延量が設定される。
　図１４に示すように、最初に、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎに“１”を設定する（Ｓ２１１）。添字ｎは、ｍａｘ個の遅延量のうちの１つを指し示す添字である。各遅延量Ｄｎには、異なる遅延時間を表す値が格納されており、各値は、例えば昇順又は降順に、並べられている。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、あらかじめ記憶されたｍａｘ個の遅延量のうち、添字ｎに対応する遅延量Ｄｎを読み出し、読み出した遅延量Ｄｎを可変遅延量に設定する（Ｓ２１２）。具体的には、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２１２で読みだした遅延量Ｄｎに基づいて制御信号を生成し、当該制御信号を可変遅延線１９１に出力する。これにより、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量が設定される。
　次に、波長掃引光源１４０は光を投光し、主干渉計１５０で生成された反射信号がＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて変換された周波数信号を得る（Ｓ２１３）。ステップＳ２１３における反射信号は、デジタル信号に変換される際に、ステップＳ２１２で設定された可変遅延量に基づく補正信号でサンプリング周期が補正されている。また、説明を省略する主干渉信号の場合についても、同様に、ステップＳ２１２で設定された可変遅延量に基づく補正信号でサンプリング周期が補正される。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２１３で得られた周波数信号を解析してピーク強度を検出し、検出したピーク強度の値を添字ｎに対応する強度Ｉｎに格納する（Ｓ２１４）。値が格納された強度Ｉｎは、メモリ等の記憶手段に記憶される。これにより、遅延量Ｄｎを設定したときのピーク強度の値が取得される。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎが最大数ｍａｘに等しいか否かを判定する（Ｓ２１５）。
　ステップＳ２１５の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくない場合、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎに“１”を加算し（ステップＳ２１６）、ステップＳ２１２に戻る。そして、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくなるまで、ステップＳ２１２からステップＳ２１５までが繰り返される。
　一方、ステップＳ２１５の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しい場合、ｍａｘ個全ての遅延量について、反射信号のデジタル信号がＦＦＴを用いて周波数信号に変換され、当該周波数信号のピーク強度を検出し終えたことになる。この場合、Ｓ２１４で検出し、格納されたｍａｘ個の強度Ｉｎのうちの最大値を示すものが、タイミングのずれが最も小さい反射信号のデジタル信号について、ＦＦＴを用いて変換した周波数信号のピーク強度であると考えられる。よって、可変遅延量設定部１９５は、記憶されたｍａｘ個の強度Ｉｎの中から最大値を示す強度Ｉｎを検索する（Ｓ２１７）。
　そして、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２１７で検索した強度Ｉｎの添字ｎに対応する遅延量Ｄｎを読み出し、読み出した遅延量Ｄｎを可変遅延量に設定する（Ｓ２１８）。具体的には、ステップＳ２１２と同様に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２１７で読み出した遅延量Ｄｎに基づいて制御信号を生成し、当該制御信号を可変遅延線１９１に出力する。これにより、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量に、反射信号のデジタル信号が変換された周波数信号において、ピーク強度が最大値となる遅延量が設定される。
　このように、可変遅延量設定部１９５は、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する。これにより、複数のピーク強度のうちの最大値に基づいて可変遅延量が設定されるので、１つの主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度、又は、１つの反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度に基づいて可変遅延量を設定する場合と比較して、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれをさらに低減する可変遅延量を設定することができる。
　（具体例２：可変遅延量設定処理Ｓ２３０の処理手順）
　可変遅延量設定処理Ｓ２３０では、複数のピーク所定値幅における最小値に基づいて、可変遅延量が設定される。なお、図１５に示す例では、ピーク所定値幅として、ピーク半値幅を用いる場合について説明する。
　なお、可変遅延量設定処理Ｓ２３０のステップＳ２３１からステップＳ２３３までの各ステップは、上述した可変遅延量設定処理Ｓ２１０のステップＳ２１１からステップＳ２１３までの各ステップと同一又は略同一であるため、それぞれの説明を省略する。
　図１５に示すように、ステップＳ２３３の後、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２３３で得られた周波数信号を解析してピークを検出する（Ｓ２３４）。検出されるピークは、周波数信号において、ピーク強度が最大値を示すピークである。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２３４で検出したピークに対するピーク半値幅を算出し、算出したピーク半値幅の値を添字ｎに対応する半値幅ＦＷＨＭｎに格納する（Ｓ２３５）。算出されるピーク半値幅は、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）である。値が格納された半値幅ＦＷＨＭｎは、メモリ等の記憶手段に記憶される。これにより、遅延量Ｄｎを設定したときのピーク半値幅の値が取得される。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎが最大数ｍａｘに等しいか否かを判定する（Ｓ２３６）。
　ステップＳ２３６の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくない場合、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎに“１”を加算し（ステップＳ２３７）、ステップＳ２３２に戻る。そして、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくなるまで、ステップＳ２３２からステップＳ２３６までが繰り返される。
　一方、ステップＳ２３６の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しい場合、ｍａｘ個全ての遅延量について、反射信号のデジタル信号がＦＦＴを用いて周波数信号に変換され、当該周波数信号のピークを検出してピーク半値幅が算出し終えたことになる。この場合、ステップＳ２３５で算出し、格納されたｍａｘ個の半値幅ＦＷＨＭｎのうちの最小値を示すものが、タイミングのずれが最も小さい反射信号のデジタル信号について、ＦＦＴを用いて変換した周波数信号のピーク半値幅であると考えられる。よって、可変遅延量設定部１９５は、記憶されたｍａｘ個の半値幅ＦＷＨＭｎの中から最小値を示す半値幅ＦＷＨＭｎを検索する（Ｓ２３８）。
　そして、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２３８で検索した半値幅ＦＷＨＭｎの添字ｎに対応する遅延量Ｄｎを読み出し、読み出した遅延量Ｄｎを可変遅延量に設定する（Ｓ２３９）。具体的には、ステップＳ２３２と同様に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２３８で読み出した遅延量Ｄｎに基づいて制御信号を生成し、当該制御信号を可変遅延線１９１に出力する。これにより、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量に、反射信号のデジタル信号が変換された周波数信号において、ピーク半値幅が最小値となる遅延量が設定される。
　このように、可変遅延量設定部１９５は、複数の主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値と、複数の反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する。これにより、複数のピーク所定値幅のうちの最小値に基づいて可変遅延量が設定されるので、１つの主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅、又は、１つの反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に基づいて可変遅延量を設定する場合と比較して、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれをさらに低減する可変遅延量を設定することができる。
　（具体例３：可変遅延量設定処理Ｓ２５０の処理手順）
　可変遅延量設定処理Ｓ２５０では、周波数信号のピーク所定値幅に含まれる計測点数が所定数未満となるように、可変遅延量が設定される。なお、図１６に示す例では、ピーク所定値幅としてピーク半値幅を用い、所定数として２×Ｎｐａｄ＋２を用いる場合について、説明する。
　なお、可変遅延量設定処理Ｓ２５０のステップＳ２５１からステップＳ２５２までの各ステップは、上述した可変遅延量設定処理Ｓ２３０のステップＳ２３１からステップＳ２３２までの各ステップと同一又は略同一であるため、それぞれの説明を省略する。
　図１６に示すように、ステップＳ２５２の後、波長掃引光源１４０は光を投光し、主干渉計１５０で生成された反射信号がＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換された信号を得る（Ｓ２５３）。ステップＳ２５３における反射信号は、デジタル信号に変換される際に、ステップＳ２５２で設定された可変遅延量に基づく補正信号でサンプリング周期が補正されている。また、説明を省略する主干渉信号の場合についても、同様に、ステップＳ２５２で設定された可変遅延量に基づく補正信号でサンプリング周期が補正される。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２５２で得られた、計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号を解析してピークを検出する（Ｓ２５４）。検出されるピークは、当該信号において、ピーク強度が最大値を示すピークである。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２５４で検出したピークに対するピーク半値幅を算出し、算出したピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数を添字ｎに対応する半値幅ＦＷＨＭｎに格納する（Ｓ２５５）。算出されるピーク半値幅は、例えば半値全幅（ＦＷＨＭ）である。計測点数が格納された半値幅ＦＷＨＭｎは、メモリ等の記憶手段に記憶される。これにより、遅延量Ｄｎを設定したときのピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が取得される。
　次に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２５５で半値幅ＦＷＨＭｎに格納した、算出したピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が、２×Ｎｐａｄ＋２未満（半値幅ＦＷＨＭｎ＜２×Ｎｐａｄ＋２）であるか否かを判定する（Ｓ２５６）。
　ステップＳ２５６の判定の結果、半値幅ＦＷＨＭｎに格納されたピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２未満でない、つまり、半値幅ＦＷＨＭｎの計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２以上（半値幅ＦＷＨＭｎ≧２×Ｎｐａｄ＋２）である場合、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎが最大数ｍａｘに等しいか否かを判定する（Ｓ２５７）。
　ステップＳ２５７の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくない場合、可変遅延量設定部１９５は、添字ｎに“１”を加算し（ステップＳ２５８）、ステップＳ２５２に戻る。そして、半値幅ＦＷＨＭｎに格納されたピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２未満になるまで、あるいは、添字ｎが最大数ｍａｘに等しくなるまで、ステップＳ２５２からステップＳ２５７又はステップＳ２５８までが繰り返される。
　一方、ステップＳ２５７の判定の結果、添字ｎが最大数ｍａｘに等しい場合、ｍａｘ個全ての遅延量について、半値幅ＦＷＨＭｎに格納されたピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２未満となるものがないことになる。この場合、可変遅延量設定処理Ｓ２５０を終了する。そして、例えば、ファイバが長すぎるか、あるいは、計測対象物Ｔが遠くに置かれている等のハードウェアに何らかの原因があると考えられるので、コントローラ１１０は、エラーを表示又は出力する。
　また一方、ステップＳ２５６の判定の結果、半値幅ＦＷＨＭｎに格納されたピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数が２×Ｎｐａｄ＋２未満である場合、直近のステップＳ２５５で格納された半値幅ＦＷＨＭｎの計測点数が、タイミングのずれが所定値未満である反射信号のデジタル信号について、ＦＦＴを用いて計測点数ごとのパワースペクトルに変換した信号のピーク半値幅の範囲に含まれる計測点数であると考えられる。よって、可変遅延量設定部１９５は、直近のステップＳ２５５で算出し、格納された半値幅ＦＷＨＭｎの添字ｎに対応する遅延量Ｄｎを読み出し、読み出した遅延量Ｄｎを可変遅延量に設定する（Ｓ２５９）。具体的には、ステップＳ２５２と同様に、可変遅延量設定部１９５は、ステップＳ２５９で読み出した遅延量Ｄｎに基づいて制御信号を生成し、当該制御信号を可変遅延線１９１に出力する。これにより、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量に、反射信号のデジタル信号が変換された周波数信号において、ピーク半値幅が所定値未満となる遅延量が設定される。
　このように、可変遅延量設定部１９５は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数とのうち、少なくとも一方が所定数未満となるように、可変遅延量を設定する。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を、簡易に設定することができる。
　なお、本実施形態で説明したシーケンス及びフローチャートは、処理に矛盾が生じない限り、順序を入れ替えてもよい。
　また、本実施形態で説明した処理は、例えば、コントローラの電源オン時の初期設定で実行されてもよいし、計測対象物Ｔの距離を計測するごとに、毎回実行してもよい。
　さらに、可変遅延量は、本実施形態で説明した手順で設定される場合に限定されるものではない。可変遅延量の設定手順は、上述したものの他に、以下のものが考えられる。例えば、反射信号のデジタル信号を、ＦＦＴを用いて距離変換された信号において、センサヘッド１２１に形成された反射面の位置に応じたピークが検出される。そして、光ファイバ１３１の長さが変化すると、反射信号のデジタル信号におけるピークの位置も変化するので、このピークの位置と光ファイバ１３１の長さとをあらかじめ紐付けしておき、反射信号のデジタル信号におけるピークの位置によって、光ファイバ１３１の長さを判定し、判定された光ファイバ１３１の長さに基づく可変遅延量を設定してもよい。また、光ファイバ１３１の長さによって、ユーザが規定の複数の可変遅延量の中からいずれか一つを選択し、選択された可変遅延量を設定してもよい。また、光ファイバ１３１の長さ及びセンサヘッド１２１から計測対象物Ｔまでの距離と可変遅延量とをあらかじめ紐付けしておき、ユーザが光ファイバ１３１の長さと計測対象物Ｔまでのおおよその距離とを入力し、当該入力された光ファイバ１３１の長さ及び計測対象物Ｔまでのおおよその距離に基づいて可変遅延量を設定してもい。また、コントローラ１１０に光ファイバ１３１の長さに固有の専用ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）を挿入し、当該専用ＲＯＭから読み出した値を可変遅延量に設定してもよい。さらに、反射信号のデジタル信号に周波数信号をディスプレイ等の表示手段で表示し、ユーザが、それぞれの可変遅延量が異なるいくつかの周波数信号におけるピークを見て、可変遅延量を選択若しくは入力し、設定してもよい。
　本実施形態では、光干渉測距センサ１００が、コントローラ１１０と、１つのセンサヘッドをコントローラ１１０に接続する１つの光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える例を示したが、これに限定されるものではない。光干渉測距センサは、コントローラと、２つ以上のセンサヘッドに接続する、センサヘッドと同数の光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備えていてもよい。以下、説明の簡略化のため、光干渉測距センサが、コントローラと、２つのセンサヘッドのそれぞれに接続する２つの光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える場合の構成について説明する。
［２つのセンサヘッドに接続する場合の光干渉測距センサの構成］
　図１７は、２つのセンサヘッドに接続する場合の光干渉測距センサの構成概要を示す模式図である。なお、図１７では、図１０に示す光干渉測距センサ１００と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図１０に示す光干渉測距センサ１００と同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
　図１７に示すように、光干渉測距センサ１０１は、コントローラ１１０と、コントローラ１１０とセンサヘッド１２１及びセンサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０とを備える。図１７に示す光ファイバケーブル１３０は、図１０に示す光ファイバケーブル１３０と比較して、光ファイバ１３２をさらに含む点で相違する。また、図１７に示すコントローラ１１０は、図１０に示すコントローラ１１０と比較して、主干渉計１５０が第１主干渉計１５１及び第２主干渉計１５２を含み、第１フォトダイオード１１３、増幅回路１１５、可変遅延線１９２、補正信号生成部１７２、及びＡＤ変換部１８２をさらに備える点で相違する。
　光ファイバケーブル１３０は、光ファイバ１３１と光ファイバ１３２とを含んで構成される。光ファイバケーブル１３０は、コントローラ１１０並びにセンサヘッド１２１及びセンサヘッド１２２のそれぞれに、着脱自在、つまり、取り付け及び取り外しが可能に構成されている。光ファイバ１３１は長さＬ１を有し、光ファイバ１３２は長さＬ２を有する。光ファイバ１３１の長さＬ１は、計測対象物Ｔ１までの距離に基づいて設定されており、光ファイバ１３２の長さＬ２は、計測対象物Ｔ２までの距離に基づいて設定されている。計測対象物Ｔ２は、計測対象物Ｔ１とは異なる距離、図１７に示す例では遠い距離、に存在する対象物を想定している。そのため、光ファイバ１３２の長さＬ２は、光ファイバ１３１の長さＬ１よりも長くなっている（長さＬ２＞長さＬ１）。
　主干渉計１５０は、２つの光路（２チャネル）を有しており、第１主干渉計１５１と第２主干渉計とを含んで構成される。
　第１主干渉計１５１は、光ファイバケーブル１３０の光ファイバ１３１に接続されており、波長掃引光源１４０から投光された光を、光ファイバ１３１を介してセンサヘッド１２１に供給し、さらに、センサヘッド１２１からの戻り光を第１フォトダイオード１１２に導く。
　具体的には、第１主干渉計１５１からセンサヘッド１２１に導かれた光は、測定光として、例えば、センサヘッド１２１に配置されたコリメートレンズや対物レンズを介して、計測対象物Ｔに照射される。そして、当該計測対象物Ｔでの反射光がセンサヘッド１２１に戻る。
　また、第１主干渉計１５１からセンサヘッド１２１に導かれた光の一部は、参照光として、例えば、光ファイバ１３１の先端等に設けられた参照面で反射される。そして、上述した測定光と当該参照光とが干渉することにより、測定光及び参照光の光路長差に応じた干渉光（「主干渉信号」ともいう）が生成される。
　このように、第１主干渉計１５１は、波長掃引光源１４０から投光された光が供給され、センサヘッド１２１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第１参照光とに基づく主干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源から投光された光が供給され、主干渉信号を生成するということから、第１主干渉計１５１にセンサヘッド１２１を含めて第１主干渉計と言うこともできる。第１主干渉計は、図１０に示す主干渉計１５０と同様に、反射面による反射光と参照光とに基づく反射信号も生成する。
　第２主干渉計１５２は、光ファイバケーブル１３０の光ファイバ１３２に接続されており、波長掃引光源１４０から投光された光を、光ファイバ１３２を介してセンサヘッド１２２に供給し、さらに、センサヘッド１２２からの戻り光を第１フォトダイオード１１３に導く。
　具体的には、第２主干渉計１５２からセンサヘッド１２２に導かれた光は、測定光として、例えば、センサヘッド１２２に配置されたコリメートレンズや対物レンズを介して、計測対象物Ｔに照射される。そして、当該計測対象物Ｔでの反射光がセンサヘッド１２２に戻る。
　また、第２主干渉計１５２からセンサヘッド１２２に導かれた光の一部は、参照光として、例えば、光ファイバ１３２の先端等に設けられた参照面で反射される。そして、上述した測定光と当該第２参照光とが干渉することにより、測定光及び参照光の光路長差に応じた干渉光（「主干渉信号」ともいう）が生成される。
　このように、第２主干渉計１５２は、波長掃引光源１４０から投光された光が供給され、第２センサヘッド１２２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主干渉信号を生成する。なお、波長掃引光源から投光された光が供給され、主干渉信号を生成するということから、第２主干渉計１５２にセンサヘッド１２２を含めて第２主干渉計と言うこともできる。第２主干渉計は、図１０に示す主干渉計１５０と同様に、反射面による反射光と参照光とに基づく反射信号も生成する。
　第１フォトダイオード１１２は、第１主干渉計１５１によって生成された主干渉信号を受光して電気信号に変換する。第１フォトダイオード１１３は、第２主干渉計１５２によって生成された主干渉信号を受光して電気信号に変換する。
　増幅回路１１５は、第１フォトダイオード１１３から入力された電気信号を、所定の利得で増幅する。第１フォトダイオード１１３から電流信号が入力される場合、増幅回路１１５は、当該電流信号を電圧信号に変換して増幅する。増幅された電気信号は、ＡＤ変換部１８２に出力される。
　第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号である副干渉計信号に変換する。第２フォトダイオード１１６は、変換した電気信号を可変遅延線１９１と可変遅延線１９２とに出力する。なお、第２フォトダイオード１１６から出力される電気信号を、可変遅延線１９１と可変遅延線１９２とに分岐する場合、反射を防ぐように、第２フォトダイオード１１６と可変遅延線１９１及び可変遅延線１９２との間でインピーダンスマッチング（インピーダンス整合）がされてもよい、
　可変遅延線１９２は、可変遅延量を生成するように構成されている。本実施形態の可変遅延線１９２は、本発明における「可変遅延量生成部」の一例に相当する。
　より詳細には、可変遅延線１９２は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延量に応じた遅延を発生させて補正信号生成部１７１に出力するように構成されている。可変遅延線１９２の可変遅延量は、可変遅延量設定部１９５から入力される制御信号に従って生成される。よって、可変遅延線１９２が生成する可変遅延量は、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量と同じである場合もあれば、異なる場合もある。
　可変遅延線１９２は、電気信号の伝搬を遅らせる電子部品であり、当該遅れが変更可能であるもの、例えばプログラマブルディレイラインを含んで構成される。なお、可変遅延線１９１の電子部品は、プログラマブルディレイラインに限定されるものではなく、可変遅延量に応じた変更可能な遅延（遅れ）を電気信号に発生させるものであれば、他の電子部品であってもよい。また、可変遅延線１９２は、その構造、種類、数等は問わない。
　補正信号生成部１７２は、副干渉信号と可変遅延線１９２の可変遅延量とに基づいて、補正信号（「Ｋクロック信号」、又は単に「Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。補正信号は、第２主干渉計１５２が生成する主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。副干渉信号は、掃引時における波長の非線形性から、第２主干渉計１５２の主干渉信号と同様に非線形であるため、補正信号生成部１７２は、当該副干渉信号に基づいて掃引時における波長の非線形性を把握することで、第２主干渉計１５２の主干渉信号のアナログ信号を適切にサンプリングしてＡＤ変換するための補正信号、つまり、Ｋクロック信号を生成することができる。
　なお、補正信号生成部１７２において適切な補正信号を生成するためには、第１フォトダイオード１１３で受光する第２主干渉計１５２の主干渉信号の非線形性を、補正信号生成部１７２で適切に把握される必要がある。このためには、第２主干渉計１５２の主干渉信号と副干渉信号との特性（非線形性）を整合させておくことが好ましい。
　より詳細には、補正信号生成部１７２は、遅延副干渉計信号に基づいて、補正信号を生成するように構成されている。すなわち、補正信号は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に遅延を発生させた信号に基づいて、生成される。当該遅延は、上述した可変遅延線１９２の可変遅延量に応じた時間である。
　また、補正信号生成部１７２は、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に可変遅延線１９２の可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、補正信号であるパルス信号を生成してもよい。
　ＡＤ変換部１８２は、第２主干渉計１５２の主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、補正信号生成部１７２の補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するように構成されている。ＡＤ変換部１８２に入力される第２主干渉計１５２の主干渉信号は、アナログ信号の波の間隔が等間隔ではない。ＡＤ変換部１８２は、当該主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、補正信号生成部１７２の補正信号、つまり、Ｋクロック信号に基づいて補正したサンプリング周期（サンプリング間隔）で、主干渉信号のアナログ信号をサンプリングしてＡＤ変換する。
　可変遅延量設定部１９５は、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定するように構成されている。
　可変遅延量設定部１９５には、ＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換された信号と、ＡＤ変換部１８２によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換された信号とが入力される。可変遅延量設定部１９５は、ＡＤ変換部１８１によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換された信号に基づいて、可変遅延線１９１の可変遅延量を設定するように構成されている。また、可変遅延量設定部１９５は、ＡＤ変換部１８２によってデジタル信号に変換され、処理部１１８によってＦＦＴを用いて当該デジタル信号を周波数に変換された信号に基づいて、可変遅延線１９２の可変遅延量を設定するように構成されている。
　可変遅延量設定部１９５に入力される信号は、第１主干渉計１５１の主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号、及び、第１主干渉計１５１の反射信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号、並びに、第２主干渉計１５２の主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号、及び、第２主干渉計１５２の反射信号のデジタル信号をＦＦＴで周波数に変換した信号、である。あるいは、可変遅延量設定部１９５に入力される信号は、第１主干渉計１５１の主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号、及び、第１主干渉計１５１の反射信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号、並びに、第２主干渉計１５２の主干渉信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号、及び、第２主干渉計１５２の反射信号のデジタル信号をＦＦＴで計測点数（データ点数）ごとのパワースペクトルに変換した信号でもよい。また、可変遅延量設定部１９５が設定する可変遅延量は、可変遅延線１９１が生成する可変遅延量と、可変遅延線１９２が生成する可変遅延量との２つの可変遅延量である。
　可変遅延線１９１の可変遅延量と可変遅延線１９２の可変遅延量とは、それぞれ、上述の図１４から図１６に示す可変遅延量設定処理のうちの１つを実行することで設定してもよい。また、可変遅延線１９１の可変遅延量と可変遅延線１９２の可変遅延量との設定は、並列（パラレル）に行ってもよいし、所定の順序で直列（シリアル）に行ってもよい。
　このように、主干渉計１５０が２つの光路（２チャネル）を有し、２つの光ファイバ１３１及び光ファイバ１３２を含む光ファイバケーブル１３０でセンサヘッド１２１及びセンサヘッド１２１に接続する場合でも、第１主干渉計１５１の主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延線１９１の可変遅延量、及び、第２主干渉計１５２の主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延線１９２の可変遅延量を、それぞれ、設定することができる。
［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１００，１０１は、主干渉計１５０において光ファイバの先端を参照面とすることで参照光を発生させるフィゾー干渉計を用いていたが、干渉計は、これに限定されるものではない。
　図１８は、測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。図１８（ａ）では、主干渉計１５０を経由する光路において、光ファイバの先端（端面）を参照面とする参照光と、センサヘッドから照射され計測対象物Ｔで反射される測定光との光路長差に基づいて干渉光が生成される。上述した実施形態に係る光干渉測距センサ１００，１０１の主干渉計１５０の構成であり（フィゾー型干渉計）、当該参照面は、光ファイバと空気との屈折率の違いによって光が反射するように構成されていてもよい（フレネル反射）。また、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、レンズ面等の反射面を配置してもよい。
　図１８（ｂ）では、主干渉計１５０を経由する光路において、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍと、参照光を導く参照光路Ｌｒとを形成し、参照光路Ｌｒの先には参照面が配置されている（マイケルソン型干渉計）。参照面は、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、ミラー等を配置してもよい。当該構成では、測定光路Ｌｍの光路長と参照光路Ｌｒの光路長とで光路長差を設けることによって干渉光が生成される。
　図１８（ｃ）では、主干渉計１５０を経由する光路において、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍと、参照光を導く参照光路Ｌｒとを形成し、参照光路Ｌｒには、バランスディテクタが配置されている（マッハツェンダ型干渉計）。当該構成では、測定光路Ｌｍと参照光路Ｌｒの光路長とで光路長差を設けることによって、干渉光が生成される。
　このように、主干渉計は、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、マイケルソン型干渉計やマッハツェンダ型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。また、図示しない副干渉計についても、同様に、フィゾー型干渉計、マイケルソン型干渉計、及びマッハツェンダ型干渉計のいずれであってもよいし、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、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。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、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、実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　［付記１］
　計測対象物（Ｔ）に光を照射するセンサヘッド（１２１）に、光ファイバケーブル（１３０）を介して接続されるコントローラ（１１０）であって、
　波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
　光ファイバケーブル（１３０）に含まれる光ファイバ（１３１）を介してセンサヘッド（１２１）に接続される主干渉計（１５０）であって、光源（１４０）から投光された光が供給され、センサヘッド（１２１）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主干渉信号を生成する主干渉計（１５０）と、
　光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、
　可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、
　副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部（１７１）と、
　主干渉信号と補正信号とに基づいて、計測対象物（Ｔ）までの距離を計測する処理部（１１８）と、
　補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計（１５０）で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部（１９５）と、を備える、
　コントローラ（１１０）。
　［付記１１］
　コントローラ（１１０）と、該コントローラ（１１０）に接続される光ファイバケーブル（１３０）とを含む光干渉測距センサ（１００）であって、
　コントローラ（１１０）は、
　波長を変化させながら光を投光する光源（１４０）と、
　光ファイバケーブル（１３０）に含まれる光ファイバ（１３１）を介してセンサヘッド（１２１）に接続される主干渉計（１５０）であって、光源（１４０）から投光された光が供給され、センサヘッド（１２１）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主干渉信号を生成する主干渉計（１５０）と、
　光源（１４０）から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、
　可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、
　副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部（１７１）と、
　主干渉信号と補正信号とに基づいて、計測対象物（Ｔ）までの距離を計測する処理部（１１８）と、
　補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計（１５０）で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部（１９５）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…コリメートレンズ、２２ｂ…コリメートレンズ、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，５４ｂ，５４ｃ，５３ｄ，５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ，５４ｈ，５４ｉ，５４ｊ…光カプラ、５５…減衰器、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ…受光素子、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ…増幅回路、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ…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，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ…受光素子、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ…増幅回路，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ…ＡＤ変換部、７５…処理部、７６…差動増幅回路、７７…補正信号生成部、１００，１０１…光干渉測距センサ、１１０…コントローラ、１１１…光分岐部、１１２，１１３…第１フォトダイオード、１１４，１１５…増幅回路、１１６…第２フォトダイオード、１１８…処理部、１２１，１２２…センサヘッド、１３０…光ファイバケーブル、１３１，１３２…光ファイバ、１４０…波長掃引光源、１５０…主干渉計、１５１…第１主干渉計、１５２…第２主干渉計、１６０…副干渉計、１６１…第１光カプラ、１６２…第２光カプラ、１６３…光ファイバ、１７１，１７２…補正信号生成部、１８１，１８２…ＡＤ変換部、１９１，１９２…可変遅延線、１９５…可変遅延量設定部、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…計測対象物。

Claims (11)

  1. 　計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、
    　波長を変化させながら光を投光する光源と、
    　前記光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介して前記センサヘッドに接続される主干渉計であって、前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記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主干渉信号を生成する主干渉計と、
    　前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、
    　可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、
    　前記副干渉信号と前記可変遅延量とに基づいて、前記主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、
    　前記主干渉信号と前記補正信号とに基づいて、前記計測対象物までの距離を計測する処理部と、
    　前記補正信号に基づいてサンプリングされた前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、前記主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、前記補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える、
    　コントローラ。
  2. 　前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  3. 　前記可変遅延量設定部は、複数の前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値と、複数の前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
    　請求項２に記載のコントローラ。
  4. 　前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  5. 　前記可変遅延量設定部は、複数の前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値と、複数の前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
    　請求項４に記載のコントローラ。
  6. 　前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数とのうち、少なくとも一方が所定数未満となるように、前記可変遅延量を設定する、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  7. 　前記反射信号は、前記光源から投光されて前記主干渉計に供給される光の一部が当該主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に記載のコントローラ。
  8. 　前記可変遅延量生成部は、前記副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記可変遅延量に応じた遅延を発生させて前記補正信号生成部に出力する可変遅延線を含む、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  9. 　前記補正信号生成部は、前記副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、前記補正信号であるパルス信号を生成する、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  10. 　前記主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、前記補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備える、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  11. 　コントローラと、該コントローラに接続される光ファイバケーブルとを含む光干渉測距センサであって、
    　前記コントローラは、
    　波長を変化させながら光を投光する光源と、
    　前記光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介してセンサヘッドに接続される主干渉計であって、前記光源から投光された光が供給され、前記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主干渉信号を生成する主干渉計と、
    　前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、
    　可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、
    　前記副干渉信号と前記可変遅延量とに基づいて、前記主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、
    　前記主干渉信号と前記補正信号とに基づいて、前記計測対象物までの距離を計測する処理部と、
    　前記補正信号に基づいてサンプリングされた前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、前記主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、前記補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える、
    　光干渉測距センサ。
PCT/JP2023/031450 2022-09-28 2023-08-30 コントローラ及び光干渉測距センサ Ceased WO2024070443A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112023004004.4T DE112023004004T5 (de) 2022-09-28 2023-08-30 Steuerung und optischer interferometrischer entfernungssensor
CN202380061455.1A CN119790280A (zh) 2022-09-28 2023-08-30 控制器和光干涉测距传感器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-154628 2022-09-28
JP2022154628A JP2024048615A (ja) 2022-09-28 2022-09-28 コントローラ及び光干渉測距センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024070443A1 true WO2024070443A1 (ja) 2024-04-04

Family

ID=90477192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/031450 Ceased WO2024070443A1 (ja) 2022-09-28 2023-08-30 コントローラ及び光干渉測距センサ

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2024048615A (ja)
CN (1) CN119790280A (ja)
DE (1) DE112023004004T5 (ja)
WO (1) WO2024070443A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017096884A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2017181115A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 アンリツ株式会社 光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法
JP2021143995A (ja) * 2020-03-13 2021-09-24 オムロン株式会社 光干渉計測装置
US20210356249A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 Eric Swanson Integrated Photonic Chip with Coherent Receiver and Variable Optical Delay for Imaging, Sensing, and Ranging Applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017096884A (ja) * 2015-11-27 2017-06-01 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2017181115A (ja) * 2016-03-28 2017-10-05 アンリツ株式会社 光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法
JP2021143995A (ja) * 2020-03-13 2021-09-24 オムロン株式会社 光干渉計測装置
US20210356249A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 Eric Swanson Integrated Photonic Chip with Coherent Receiver and Variable Optical Delay for Imaging, Sensing, and Ranging Applications

Also Published As

Publication number Publication date
DE112023004004T5 (de) 2025-07-17
JP2024048615A (ja) 2024-04-09
CN119790280A (zh) 2025-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12306343B2 (en) Optical interference measurement apparatus having optical path lengths set to satisfy a given relation
US20230288185A1 (en) Optical interference range sensor
US20230314122A1 (en) Optical interferometric range sensor
WO2024048103A1 (ja) 光干渉測距センサ
JP5542255B2 (ja) 光ファイバー長さ伸縮計測・補正方法および装置
WO2024070443A1 (ja) コントローラ及び光干渉測距センサ
WO2024070358A1 (ja) 光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
WO2024070430A1 (ja) コントローラ及び光干渉測距センサ
JP7810946B2 (ja) 光干渉測距センサ
JP7723897B2 (ja) 光干渉測距センサ
JP7751788B2 (ja) 光干渉測距センサ
WO2024070336A1 (ja) 光ファイバケーブル、それに接続されるコントローラ及びそれらを用いた光干渉測距センサ
US20230288562A1 (en) Optical interferometric range sensor
US20230288561A1 (en) Optical interferometric range sensor
EP4246083B1 (en) Optical interference range sensor
JP7739883B2 (ja) 光干渉測距センサ
JP7691657B2 (ja) 光干渉測距センサ
JP2024033725A (ja) 光干渉測距センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23871683

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202380061455.1

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 202380061455.1

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112023004004

Country of ref document: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 112023004004

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23871683

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1