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WO2024070430A1 - 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

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Publication number
WO2024070430A1
WO2024070430A1 PCT/JP2023/031329 JP2023031329W WO2024070430A1 WO 2024070430 A1 WO2024070430 A1 WO 2024070430A1 JP 2023031329 W JP2023031329 W JP 2023031329W WO 2024070430 A1 WO2024070430 A1 WO 2024070430A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
signal
interferometer
main
optical
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/JP2023/031329
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
和哉 木村
裕介 長崎
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 DE112023004033.8T priority Critical patent/DE112023004033T5/de
Priority to CN202380061444.3A priority patent/CN119790279A/zh
Publication of WO2024070430A1 publication Critical patent/WO2024070430A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G01B9/02064—Active error reduction, i.e. varying with time by particular adjustment of coherence gate, i.e. adjusting position of zero path difference in low coherence interferometry
    • G01B9/02065—Active error reduction, i.e. varying with time by particular adjustment of coherence gate, i.e. adjusting position of zero path difference in low coherence interferometry using a second interferometer before or after measuring interferometer

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 (
  • the present invention was made in consideration of these circumstances, and one of its objectives is to provide a controller and optical interferometric distance sensor that can reduce deviations in sampling timing.
  • a controller is a controller connected via an optical fiber cable to each of a first sensor head and a second sensor head that irradiate light onto a measurement object, and includes a light source that projects light while changing the wavelength, a first main interferometer that receives the light projected from the light source and generates a first main interference signal based on a first measurement light that is irradiated onto the measurement object by the first sensor head and reflected, and a first reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the first measurement light, a second main interferometer that receives the light projected from the light source and generates a second main interference signal based on a second measurement light that is irradiated onto the measurement object by the second sensor head and reflected, and a second reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the second measurement light, and a sub-interferometer that receives the light projected from the light source and generates a sub-interference signal based on two lights that
  • a delay amount is generated based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber and the optical path length of the second optical fiber, and a second correction signal that corrects the sampling period of the second main interference signal is generated based on the sub-interference signal and the delay amount.
  • the delay amount generating unit may include a third optical fiber that propagates the secondary interference signal and has an optical path length based on the optical path length difference.
  • a third optical fiber is included that propagates the secondary interference signal and has an optical path length based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber and the optical path length of the second optical fiber. This makes it easy to set the amount of delay by changing the optical path length of the third optical fiber.
  • the delay amount generating unit may include a delay line that generates a delay according to the delay amount in the time axis direction in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and outputs the delay to the second correction signal generating unit.
  • the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal includes a delay line that generates a delay in the time axis direction according to the amount of delay and outputs the delay to the second correction signal generation unit.
  • the second correction signal generation unit can easily generate the second correction signal, which is an electrical signal.
  • the second correction signal generating unit may generate a pulse signal, which is the second correction signal, based on a signal in which a delay corresponding to the amount of 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 second correction signal generating unit generates a pulse signal, which is the second correction signal, based on a signal in which a delay corresponding to the amount of delay 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 the second main interference signal.
  • the device may further include an AD converter that samples the second main interferometer signal, which is obtained by converting the second main interference signal into an electrical signal, based on the second correction signal and converts the signal into a digital signal.
  • an AD converter that samples the second main interferometer signal, which is obtained by converting the second main interference signal into an electrical signal, based on the second correction signal and converts the signal into a digital signal.
  • the second main interferometer signal which is obtained by converting the second main interference signal into an electrical signal, is further provided with an AD conversion unit that samples the second main interferometer signal based on the second correction signal and converts it into a digital signal. This makes it easy to realize a configuration in which the second main interferometer signal is converted into a digital signal with a corrected sampling period.
  • the delay amount may be set so that the absolute value of the difference between the delay time of the light due to the optical path length difference is smaller than the minimum sampling period of the AD conversion unit.
  • the delay amount is set so that the absolute value of the difference between the delay time of the light due to the optical path length difference is smaller than the minimum sampling period in the AD conversion unit. This makes it possible to suppress the decrease in the signal strength of the sampled digital signal to a predetermined percentage or less, for example, 10% or less.
  • system may further include a processing unit that measures the distance to the measurement object based on at least one of the first main interference signal and the second main interference signal and the sub-interference signal.
  • a processing unit is further provided that measures the distance to the measurement object based on at least one of the first main interference signal and the second main interference signal and the sub-interference signal. This makes it possible to easily realize a configuration that measures the distance to the measurement object.
  • An optical interferometric distance measuring sensor is an optical interferometric distance measuring sensor 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, a first main interferometer that receives the light projected from the light source and generates a first main interference signal based on a first measurement light that is irradiated on a measurement object by a first sensor head and reflected, and a first reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the first measurement light, a second main interferometer that receives the light projected from the light source and generates a second main interference signal based on a second measurement light that is irradiated on a measurement object by a second sensor head and reflected, and a second reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the second measurement light, and a sub-interferometer that receives the light projected from the light source and generates a sub-interference signal based on two lights that follow
  • the cable includes a first optical fiber connected to the first main interferometer and propagating light from the first main interferometer to the first sensor head and propagating light from the first sensor head to the first main interferometer, and a second optical fiber connected to the second main interferometer and propagating light from the second main interferometer to the second sensor head and propagating light from the second sensor head to the second main interferometer, the second optical fiber having an optical path length different from that of the first optical fiber, and the controller further includes a first correction signal generating unit that generates a first correction signal for correcting the sampling period of the first main interference signal based on the sub-interference signal, a delay amount generating unit that generates a delay amount based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber and the optical path length of the second optical fiber, and a second correction signal generating unit that generates a second correction signal for correcting the sampling period of the second main interference signal based on the sub-interference signal and the delay amount.
  • a first correction signal generating unit that
  • a delay amount is generated based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber and the optical path length of the second optical fiber, and a second correction signal that corrects the sampling period of the second main interference signal is generated based on the sub-interference signal and the delay amount.
  • the present invention can reduce the deviation in sampling timing.
  • 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 an outline of the configuration of another optical interferometric distance measuring sensor 101 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the sampling timing of the first main interferometer signal and the second main interferometer signal. 11 is a diagram for explaining the relationship between the signal intensity of the second main interferometer signal converted into a digital signal and the time difference ⁇ t.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a specific configuration of a secondary interferometer 160 and its subsequent stages when three sensor heads are provided.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of the specific configuration of the secondary interferometer 160 and the subsequent stages when three sensor heads are provided.
  • 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 through the collimator lens 22c 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 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 front stage to the optical coupler 54c in the rear stage and blocks light from the optical coupler 54c in the rear stage to the optical coupler 54b in the front 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 to a first sensor head 121 and a second sensor head 122.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 100 may further include the first sensor head 121 and the second sensor head 122.
  • the controller 110 includes a wavelength swept light source 140, an optical branching unit 111, a main interferometer 150, a sub interferometer 160, first photodiodes (PD) 112, 113, amplifier circuits 114, 115, second photodiodes (PD) 116, 117, a first correction signal generating unit 171, a second correction signal generating unit 172, AD conversion units 181, 182, and a processing unit 118.
  • the optical fiber cable 130 is an optical fiber group consisting of a plurality of optical fibers.
  • the optical fiber cable 130 is configured to be detachable, that is, to be attached and detached, to each of the controller 110, the first sensor head 121, and the second sensor head 122.
  • the optical fiber cable 130 is configured to include, for example, a first optical fiber 131 and a second optical fiber 132.
  • the first optical fiber 131 has an optical path length proportional to the length L1
  • the second optical fiber 132 has an optical path length proportional to the length L2.
  • the length L1 of the first optical fiber 131 is set based on the distance to the measurement object T1
  • the length L2 of the second 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. 1. Therefore, the optical path length of the second optical fiber 132 is different from the optical path length of the first optical fiber 131 and is longer than the optical path length of the first optical fiber 131.
  • 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 has multiple optical paths (multiple channels), and in the example shown in FIG. 10, it includes a first main interferometer 151 and a second main interferometer.
  • the first main interferometer 151 is connected to the first optical fiber 131 of the optical fiber cable 130, and supplies the light emitted from the wavelength swept light source 140 to the first sensor head 121 via the first optical fiber 131, and further guides the return light from the first sensor head 121 to the first photodiode 112.
  • the light guided from the first main interferometer 151 to the first sensor head 121 is irradiated as the first measurement light to the measurement object T via, for example, a collimator lens or an objective lens arranged in the first sensor head 121. Then, the reflected light from the measurement object T returns to the first sensor head 121.
  • a part of the light guided from the first main interferometer 151 to the first sensor head 121 is reflected as a first reference light by, for example, a reference surface provided at the tip of the first optical fiber 131. Then, the first measurement light and the first reference light interfere with each other to generate an interference light (also called a "first main interference signal") corresponding to the optical path length difference between the first measurement light and the first reference light.
  • an interference light also called a "first main interference signal”
  • the first main interferometer 151 is supplied with light projected from the swept light source 140, and generates a first main interference signal based on the first measurement light that is irradiated onto the measurement object T and reflected by the first sensor head 121, and the first reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the first measurement light.
  • the first main interferometer 151 including the first sensor head 121 can also be called the first main interferometer.
  • the second main interferometer 152 is connected to the second optical fiber 132 of the optical fiber cable 130, and supplies the light emitted from the wavelength swept light source 140 to the second sensor head 122 via the second optical fiber 132, and further guides the return light from the second sensor head 122 to the first photodiode 113.
  • the light guided from the second main interferometer 152 to the second sensor head 122 is irradiated as the second measurement light to the measurement object T via, for example, a collimator lens or an objective lens arranged in the second sensor head 122. Then, the reflected light from the measurement object T returns to the second sensor head 122.
  • a part of the light guided from the second main interferometer 152 to the second sensor head 122 is reflected as a second reference light by, for example, a reference surface provided at the tip of the second optical fiber 132. Then, the second measurement light and the second reference light interfere with each other to generate an interference light (also called a "second main interference signal") corresponding to the optical path length difference between the second measurement light and the second reference light.
  • an interference light also called a "second main interference signal”
  • the second main interferometer 152 is supplied with light projected from the swept light source 140, and generates a second main interference signal based on the second measurement light that is irradiated onto the measurement object T and reflected by the second sensor head 122, and the second reference light that follows at least a part of an optical path different from that of the second measurement light.
  • the second main interferometer 152 is supplied with light projected from the swept light source and generates a second main interference signal
  • the second main interferometer 152 including the second sensor head 122 can also be called the second main interferometer.
  • the first photodiode 112 receives the first main interference signal generated by the first main interferometer 151 and converts it into an electrical signal.
  • the electrical signal converted by the first photodiode 112 is, for example, a current signal.
  • the first photodiode 113 receives the second main interference signal generated by the second main interferometer 152 and converts it into an electrical signal.
  • the electrical signal converted by the first photodiode 113 is similarly, 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 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 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 the 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 two lights are then combined and interfered with by the second optical coupler 162 to generate a sub-interference signal based on the difference in optical path length. The sub-interference signal propagates through the optical fiber 163 and is guided to the second photodiode 116, and also propagates through the optical fiber 164 and is guided to the second photodiode 117.
  • Optical fiber 163 has an optical path length proportional to length L1r
  • optical fiber 164 has an optical path length proportional to length L2r.
  • Optical fiber 164 in this embodiment corresponds to an example of a "delay amount generating unit" in the present invention.
  • Optical fiber 164 in this embodiment also corresponds to an example of a "third optical fiber” in the present invention.
  • the optical fiber 164 is configured to generate a delay amount based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132.
  • the optical fiber 164 propagates the sub-interference signal and has an optical path length based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132. Therefore, the sub-interference signal guided to the second photodetector 117 via the optical fiber 164 is a sub-interferometer signal delayed by the optical fiber 164 (hereinafter also referred to as a "delayed sub-interference signal").
  • the optical fiber 164 propagates the sub-interference signal and has an optical path length based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132, and therefore the amount of delay can be easily set by changing the optical path length of the optical fiber 164.
  • 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 second photodiode 117 receives the sub-interference signal propagated through the optical fiber 164 of the sub-interferometer 160 and converts it into an electrical signal (hereinafter also referred to as the "delayed sub-interferometer signal").
  • the electrical signal converted by the second photodiode 116 is, for example, a current signal.
  • the electrical signals output from the second photodiodes 116 and 117 may be amplified at a predetermined gain by an amplifier circuit (not shown).
  • the amplifier circuit outputs the amplified electrical signals to the first correction signal generating unit 171 and the second correction signal generating unit 172.
  • the first correction signal generating unit 171 is configured to generate a first correction signal (also referred to as the "first K clock signal” or simply the “first K clock”) based on the secondary interference signal.
  • the first correction signal is a signal that corrects the sampling period of the first main interference signal generated by the first main interferometer 151.
  • the secondary interference signal is nonlinear like the first main interference signal due to the nonlinearity of the wavelength during sweeping, so the first correction signal generating unit 171 can grasp the nonlinearity of the wavelength during sweeping based on the secondary interference signal, thereby generating a first correction signal, i.e., a first K clock signal, for appropriately sampling and AD converting the analog signal of the first main interference signal.
  • the first correction signal generating unit 171 In order for the first correction signal generating unit 171 to generate an appropriate first correction signal, the first correction signal generating unit 171 needs to properly grasp the nonlinearity of the first main interference signal received by the first photodiode 112. For this purpose, it is preferable to match the characteristics (nonlinearity) of the first main interference signal and the sub-interference signal, in other words, to synchronize the first main interference signal and the sub-interference signal in time.
  • the second correction signal generating unit 172 is configured to generate a second correction signal (also referred to as a "second K clock signal” or simply a “second K clock”) based on the sub-interference signal and the delay amount.
  • the second correction signal is a signal that corrects the sampling period of the second main interference signal generated by the second main interferometer 152.
  • the sub-interference signal is nonlinear like the second main interference signal due to the nonlinearity of the wavelength during sweeping, so the second correction signal generating unit 172 can grasp the nonlinearity of the wavelength during sweeping based on the sub-interference signal and generate a second correction signal, i.e., a second K clock signal, for appropriately sampling and AD converting the analog signal of the second main interference signal.
  • the second correction signal generating unit 172 is configured to generate the second correction signal based on the delayed sub-interferometer signal. That is, the second 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 delay amount described above.
  • the second correction signal generating unit 172 In order for the second correction signal generating unit 172 to generate an appropriate second correction signal, the second correction signal generating unit 172 needs to properly grasp the nonlinearity of the second main interference signal received by the first photodiode 113. For this purpose, it is preferable to match the characteristics (nonlinearity) of the second main interference signal and the delayed sub-interference signal, in other words, to align the first main interference signal and the sub-interference signal in time.
  • the second correction signal generating unit 172 may generate a pulse signal, which is the second correction signal, based on a signal in which a delay corresponding to the above-mentioned 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 possible to easily match (synchronize) the timing of sampling of the second main interference signal.
  • the first correction signal generated by the first correction signal generating unit 171 may be a pulse signal.
  • the AD conversion unit 181 is configured to sample the first main interferometer signal, which is obtained by converting the first main interference signal into an electrical signal, based on the first correction signal and convert it into a digital signal.
  • the first 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 first main interference signal at a sampling period (sampling interval) corrected based on the above-mentioned first correction signal, i.e., the first K clock signal, so that the waves in the first main interference signal are spaced at equal intervals.
  • the AD conversion unit 182 is configured to sample the second main interferometer signal, which is obtained by converting the second main interference signal into an electrical signal, based on the first correction signal and convert it into a digital signal.
  • the second main interference signal input to the AD conversion unit 182 is an analog signal in which the waves are not spaced at equal intervals.
  • the AD conversion unit 182 samples and AD converts the analog signal of the second main interference signal at a sampling period (sampling interval) corrected based on the above-mentioned second correction signal, i.e., the second K clock signal, so that the waves in the second main interference signal are spaced at equal intervals.
  • the AD converter 182 converts the second main interference signal into an electrical signal, and the second main interferometer signal is sampled based on the second correction signal and converted into a digital signal, thereby easily realizing a configuration in which the second 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 at least one of the first main interference signal generated by the first main interferometer 151 and the second main interference signal generated by the second main interferometer 152, 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 first main interference signal received by the first photodiode 112 and amplified by the amplifier circuit 114, the second main interference signal received by the first photodiode 113 and amplified by the amplifier circuit 115, and the sub-interference signal received by the second photodiodes 116 and 117.
  • a nonlinear analog signal based on the first main interference signal is converted into a digital signal at a sampling period corrected by a first correction signal based on the sub-interference signal, 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 nonlinear analog signal based on the second main interference signal is converted into a digital signal at a sampling period corrected by a second correction signal based on the sub-interference signal and the 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 processing unit 118 calculates the distance to the measurement object T based on at least one of the first main interference signal generated by the first main interferometer 151 and the second main interference signal generated by the second main interferometer 152, and the sub-interference signal generated by the sub-interferometer 160, thereby easily realizing a configuration for measuring the distance to the measurement object T.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the general configuration of another optical interferometric distance measuring sensor 101 according to one embodiment of the present invention. Note that in FIG. 11, the same or similar components as those in the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in FIG. 10 are denoted by the same or similar reference numerals, and their description will be omitted as appropriate. Furthermore, similar effects and functions due to the same configuration as the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in FIG. 10 will not be mentioned in sequence.
  • the optical interferometric distance measuring sensor 101 includes a controller 110, a first sensor head 121, and a second sensor head 122, and further includes an optical fiber cable 130 that connects the controller 110 to the first sensor head 121 and the second sensor head 122.
  • the controller 110 of the optical interferometric distance measuring sensor 101 shown in FIG. 11 differs from the controller 110 of the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in FIG. 10 in that it does not include an optical fiber 164, but includes a delay line 191.
  • the sub-interferometer 160 of the controller 110 receives light projected 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.
  • 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 second 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 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 first correction signal generator 171 and the delay line 191.
  • the delay line 191 is configured to generate a delay in the time axis direction according to the delay amount in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and output the signal to the second correction signal generating unit 172.
  • the delay amount of the delay line 191 is set based on the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132, similar to the delay amount of the optical fiber 164.
  • the delay line 191 of this embodiment corresponds to an example of a "delay amount generating unit" in the present invention.
  • the delay line 191 outputs a delayed signal, i.e., a "delayed sub-interferometer signal", to the second correction signal generating unit 172.
  • the delay line 191 includes electronic components that delay the propagation of an electrical signal, such as a delay line. Note that the structure, type, number, etc. of the electronic components of the delay line 191 are not important as long as they cause a delay in the secondary interference signal.
  • the delay line 191 generates a delay in the time axis direction according to the amount of delay in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and outputs the signal to the second correction signal generation unit 172.
  • the second correction signal generation unit 172 can easily generate the second correction signal, which is an electrical signal.
  • Fig. 12 is a diagram for explaining the timing of sampling the first main interferometer signal and the second main interferometer signal.
  • the upper part shows a signal when the first main interferometer signal based on the first interference signal of the first main interferometer 151 is sampled
  • the lower part shows a signal when the second main interferometer signal based on the second interference signal of the second main interferometer 152 is sampled.
  • the optical interferometer sensor 100 shown in Fig. 10 is used for explanation, and the explanation of the case where the optical interferometer sensor 101 shown in Fig. 11 is used is omitted.
  • sampling of the first main interferometer signal begins with a first correction signal generated based on a sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interferometer signal into an electrical signal.
  • the first main interferometer signal is then sampled at a period corrected by the first correction signal and converted into a digital signal.
  • the second main interferometer signal is not generated at time t1, but is generated at time t2 (t2>t1).
  • This time difference (hereinafter also referred to as “delay time t12") is the optical delay time caused by the difference in optical path length between the first optical fiber 131 and the second optical fiber 132.
  • the optical fiber 164 of the optical interferometer distance measuring sensor 100 shown in Fig. 10 generates a delay amount tdelay.
  • sampling of the second main interferometer signal begins using the second correction signal generated based on this delay amount tdelay and the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interferometer signal into an electrical signal.
  • the second main interferometer signal is then sampled at a period corrected by the second correction signal and converted into a digital signal.
  • the delay amount tdelay generated by the optical fiber 164 is preferably set so that the absolute value of the difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132 and the optical delay time t12 due to the optical path length difference is smaller than the minimum sampling period Tsmin in the AD conversion unit 182.
  • the delay amount tdelay is set so that the time difference ⁇ t between the optical delay time t12 and the delay amount tdelay satisfies the following formula (2).
  • ⁇ t
  • Fig. 13 is a diagram for explaining the relationship between the signal intensity of the second main interferometer signal converted into a digital signal and the time difference ⁇ t.
  • the signal intensity of the second main interferometer signal converted into a digital signal is normalized with the signal intensity when the time difference ⁇ t is zero as a reference value "1".
  • the example shown in Fig. 12 will be explained using the optical interferometric distance measuring sensor 100 shown in Fig. 10, and an explanation of the case where the optical interferometric distance measuring sensor 101 shown in Fig. 11 is used will be omitted.
  • the delay time t12 is calculated to be 8 ⁇ 10 ⁇ 8 [s].
  • the optical interferometric distance measuring sensor 100 includes AD converters 181 and 182 having a maximum sampling time of 100 [MHz], the minimum sampling period Tsmin of the AD converters 181 and 182 is 1 ⁇ 10 ⁇ 8 [s]. These values are substituted into the above-mentioned equation (2), and the delay amount tdelay is set to 7 ⁇ 10 ⁇ 8 [s] or more and 9 ⁇ 10 ⁇ 8 [s] or less.
  • the delay amount tdelay when the delay amount tdelay is set to 7 ⁇ 10 ⁇ 8 [s] or more and 9 ⁇ 10 ⁇ 8 [s] or less, the signal intensity of the second main interferometer signal converted into a digital signal can be suppressed to a decrease of 10% or less.
  • the length L1r of the optical fiber 163 of the secondary interferometer 160 is 1 [m]
  • the length L2r of the optical fiber 164 of the secondary interferometer 160 is set to 14 [m].
  • the delay amount tdelay is set so that the absolute value of the difference between the optical delay time t12 due to the optical path length difference between the optical path length of the first optical fiber 131 and the optical path length of the second optical fiber 132 is smaller than the minimum sampling period Tsmin in the AD conversion unit 182, thereby making it possible to suppress the decrease in signal strength of the sampled digital signal to a predetermined percentage or less, for example, 10% or less.
  • the optical interferometer sensors 100, 101 each have two sensor heads and an optical fiber cable including two optical fibers connecting each sensor head to the controller 110, but this is not limited to the above.
  • the optical interferometer sensor may have three or more sensor heads and an optical fiber cable including the same number of optical fibers.
  • the following description will be given of the configuration of the controller 110, particularly the configuration of the sub-interferometer 160 and the subsequent stage (downstream) when the optical interferometer sensor has three sensor heads and an optical fiber cable including two optical fibers.
  • Figure 14 is a schematic diagram showing an example of the specific configuration of the secondary interferometer 160 and its subsequent stages when it is equipped with three sensor heads
  • Figure 15 is a schematic diagram showing another example of the specific configuration of the secondary interferometer 160 and its subsequent stages when it is equipped with three sensor heads.
  • 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 then the second optical coupler 162 combines and interferes with the light 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, and also propagates through the optical fiber 164 and is guided to the second photodiode 117.
  • the sub-interference signal generates a delay amount, similar to the optical fiber 164. It propagates through the optical fiber 165 and is guided to the second photodiode 119.
  • the optical fiber 165 and the second photodiode 119 receive the sub-interference signal propagated through the optical fiber 165 of the sub-interferometer 160 and convert it into an electrical signal (hereinafter also referred to as the "delayed sub-interferometer signal").
  • the third correction signal generating unit 173 is configured to generate a third correction signal (also referred to as a "third K clock signal” or simply a “third K clock”) based on the secondary interference signal and the delay amount.
  • the third correction signal is a signal that corrects the sampling period of the third main interference signal generated by a third main interferometer (not shown).
  • the third correction signal generating unit 173 is able to grasp the nonlinearity of the wavelength during sweeping based on the secondary interference signal, and thereby generate a third correction signal, i.e., a third K clock signal, for appropriately sampling and AD converting the analog signal of the third main interference signal.
  • the sub-interferometer 160 receives light emitted from the wavelength swept light source 140, which is branched by the optical branching unit 111 and supplied to generate a sub-interference signal based on two lights that follow optical paths of different optical path lengths.
  • the first optical coupler 161 branches the light into two lights that follow optical paths of different optical path lengths, and then the second optical coupler 162 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.
  • the remaining port of the second optical coupler 162 may be connected to an optical fiber with a coreless fiber termination, or to an attenuator.
  • the second photodiode 116 receives the second interference signal propagated through the optical fiber 163 of the sub-interferometer 160, converts it into a sub-interferometer signal, which is an electrical signal, and outputs it to the first correction signal generator 171 and the delay line 191.
  • the delay line 191 is configured to generate a delay in the time axis direction according to the amount of delay in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and output the signal to the second correction signal generating unit 172.
  • the delay line 191 outputs the delayed signal, i.e., the delayed sub-interferometer signal, to the second correction signal generating unit 172 and the delay line 192.
  • the delay line 192 like the delay line 191, is configured to generate a delay in the time axis direction according to the amount of delay in the sub-interferometer signal obtained by converting the sub-interference signal into an electrical signal, and output the signal to the third correction signal generating unit 173.
  • the delayed sub-interferometer signal is input to the delay line 192 from the delay line 191, and the sub-interferometer signal with a further delay is output to the third correction signal generating unit 173.
  • 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. 16 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 object 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 type 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.
  • the optical path passing through the main interferometer 150 is formed with a measurement optical path Lm that guides measurement light to the measurement object T, and a reference optical path Lr that guides reference light, 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 first main interferometer (151) that receives light projected from a light source (140), irradiates a first measurement light on a measurement object by a first sensor head (121) and reflects the first measurement light, and generates a first main interference signal based on a first reference light that follows an optical path at least partially different from that of the first measurement light; a second main interferometer (152) that receives light projected from a light source (140), irradiates a measurement object with a second measurement light by a second sensor head (122) and reflects the measurement object, and generates a second main interference signal based on a second reference light that follows an optical path at least partially different from that of the second measurement light; a sub-interferometer (160) that is supplied with light projected from 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...
  • AD conversion unit 75 ...processing unit, 76...differential amplifier circuit, 77...correction signal generating unit, 100, 101...optical interference distance measuring sensor, 110...controller, 111...optical branching unit, 112, 113...first photodiode, 114, 115...amplification circuit, 116, 116, 119...second photodiode, 118...processing unit, 121...first sensor head, 122...second sensor head, 130...optical fiber cable, 131...first optical fiber, 132...second optical fiber, 140...wavelength swept light source, 150...main interferometer, 151...first main interferometer , 152...second main interferometer, 160...secondary interferometer, 161...first optical coupler, 162...second optical coupler, 163...optical fiber, 164...optical fiber, 165...optical fiber, 171...first correction signal generator, 172...second correction signal generator, 173...third correction signal generator, 181, 182...AD converter, 191, 192...delay

Landscapes

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Abstract

サンプリングのタイミングのずれを低減する。計測対象物に光を照射する第１センサヘッド（１２１）及び第２センサヘッド（１２２）のそれぞれに、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、光源（１４０）と、第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）と、副干渉信号を生成する副干渉計（１６０）と、を備え、コントローラ（１１０）は、第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える。

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、コントローラと複数のセンサヘッドとを備える光干渉測距センサにおいて、複数のセンサヘッドの間で、コントローラとセンサヘッドとを接続する光ファイバの長さを変えることで、異なる距離にある計測対象物に対応することが求められている。
　しかしながら、主干渉計における各光ファイバの長さが異なる場合、主干渉計の信号と副干渉計の信号との間でサンプリングのタイミングにずれが生じ、両者の信号の干渉によって生成される信号は、信号強度（信号レベル）の低下を招くことがあった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、サンプリングのタイミングのずれを低減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第１センサヘッド及び第２センサヘッドのそれぞれに、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、光源から投光された光が供給され、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、光源から投光された光が供給され、第２センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２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、を備え、光ファイバケーブルは、第１主干渉計に接続され、第１主干渉計からの光を第１センサヘッドに伝搬し、第１センサヘッドからの光を第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、第２主干渉計に接続され、第２主干渉計からの光を第２センサヘッドに伝搬し、第２センサヘッドからの光を第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、第２光ファイバは、第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、コントローラは、副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える。
　この態様によれば、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量が生成され、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号が生成される。これにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
　上記態様において、遅延量生成部は、副干渉信号を伝搬し、光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含んでいてもよい。
　この態様によれば、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含む。これにより、第３光ファイバの光路長を変更することで、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、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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部に出力する遅延線を含んでいてもよい。
　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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部に出力する遅延線を含む。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、第２補正信号生成部は、電気信号である第２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、第２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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２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、第２補正信号生成部が、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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２補正信号であるパルス信号を生成する。これにより、第２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、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２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、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２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、第２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。
　上記態様において、遅延量は、光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定されていてもよい。
　この態様によれば、遅延量は、光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定される。これにより、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を所定割合以下、例えば１０％以下に抑制することができる。
　上記態様において、第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備えていてもよい。
　この態様によれば、第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備える。これにより、計測対象物までの距離を計測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、光源から投光された光が供給され、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、光源から投光された光が供給され、第２センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２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、を備え、光ファイバケーブルは、第１主干渉計に接続され、第１主干渉計からの光を第１センサヘッドに伝搬し、第１センサヘッドからの光を第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、第２主干渉計に接続され、第２主干渉計からの光を第２センサヘッドに伝搬し、第２センサヘッドからの光を第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、第２光ファイバは、第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、コントローラは、副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える。
　この態様によれば、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量が生成され、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号が生成される。これにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバの光路長と第２光ファイバの光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
　本発明によれば、サンプリングのタイミングのずれを低減することができる。
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。 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。 第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミングを説明するための図である。 デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差Δｔとの関係を説明するための図である。 ３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の一例を示す模式図である。 ３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の他の例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と第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０と、を含んで構成されている。光干渉測距センサ１００は、さらに、第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２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）１１２，１１３と、増幅回路１１４，１１５と、第２フォトダイオード（ＰＤ）１１６，１１７と、第１補正信号生成部１７１と、第２補正信号生成部１７２と、ＡＤ変換部１８１，１８２と、処理部１１８と、を備える。
　光ファイバケーブル１３０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並びに第１センサヘッド１２１及び第２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。光ファイバケーブル１３０は、例えば、第１光ファイバ１３１と第２光ファイバ１３２とを含んで構成される。第１光ファイバ１３１は、長さＬ１に比例する光路長を有し、第２光ファイバ１３２は、長さＬ２に比例する光路長を有する。第１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、第２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１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、第２光ファイバ１３２の光路長は、第１光ファイバ１３１の光路長と異なり、第１光ファイバ１３１の光路長よりも長くなっている。
　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、複数の光路（複数チャネル）を有しており、図１０に示す例では、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の第１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、第１光ファイバ１３１を介して第１センサヘッド１２１に供給し、さらに、第１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から第１センサヘッド１２１に導かれた光は、第１測定光として、例えば、第１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での反射光が第１センサヘッド１２１に戻る。
　また、第１主干渉計１５１から第１センサヘッド１２１に導かれた光の一部は、第１参照光として、例えば、第１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、上述した第１測定光と当該第１参照光とが干渉することにより、第１測定光及び第１参照光の光路長差に応じた干渉光（「第１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、第１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第１測定光と、第１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第１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、第１主干渉信号を生成するということから、第１主干渉計１５１に第１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２主干渉計１５２は、光ファイバケーブル１３０の第２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、第２光ファイバ１３２を介して第２センサヘッド１２２に供給し、さらに、第２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から第２センサヘッド１２２に導かれた光は、第２測定光として、例えば、第２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での反射光が第２センサヘッド１２２に戻る。
　また、第２主干渉計１５２から第２センサヘッド１２２に導かれた光の一部は、第２参照光として、例えば、第２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、上述した第２測定光と当該第２参照光とが干渉することにより、第２測定光及び第２参照光の光路長差に応じた干渉光（「第２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第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２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、第２主干渉信号を生成するということから、第２主干渉計１５２に第２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第１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。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第２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によって変換された電気信号は、同様に、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。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。
　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に導かれるとともに、光ファイバ１６４を伝搬して第２フォトダイオード１１７に導かれる。
　光ファイバ１６３は、長さＬ１ｒに比例する光路長を有し、光ファイバ１６４は、長さＬ２ｒに比例する光路長を有する。本実施形態の光ファイバ１６４は、本発明における「遅延量生成部」の一例に相当する。また、本実施形態の光ファイバ１６４は、本発明における「第３光ファイバ」の一例にも相当する。
　すなわち、光ファイバ１６４は、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成するように構成されている。
　具体的には、光ファイバ１６４は、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく光路長を有している。よって、光ファイバ１６４を介して第２フォトディテクタ１１７に導かれた副干渉信号は、光ファイバ１６４によって遅延させた副干渉計信号（以下、「遅延副干渉信号」ともいう）である。このように、光ファイバ１６４は、副干渉信号を伝搬し、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく光路長を有することにより、光ファイバ１６４の光路長を変更することで、遅延量を容易に設定することができる。
　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。第２フォトダイオード１１７は、副干渉計１６０の光ファイバ１６４を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「遅延副干渉計信号」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、同様に、例えば電流信号である。
　なお、第２フォトダイオード１１６，１１７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、第１補正信号生成部１７１と第２補正信号生成部１７２とに出力する。
　第１補正信号生成部１７１は、副干渉信号に基づいて、第１補正信号（「第１Ｋクロック信号」、又は単に「第１Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第１補正信号は、第１主干渉計１５１が生成する第１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１主干渉信号と同様に非線形であるため、第１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、第１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変換するための第１補正信号、つまり、第１Ｋクロック信号を生成することができる。
　なお、第１補正信号生成部１７１において適切な第１補正信号を生成するためには、第１フォトダイオード１１２で受光する第１主干渉信号の非線形性を、第１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、第１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、第１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。
　第２補正信号生成部１７２は、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２補正信号（「第２Ｋクロック信号」、又は単に「第２Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第２補正信号は、第２主干渉計１５２が生成する第２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主干渉信号と同様に非線形であるため、第２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変換するための第２補正信号、つまり、第２Ｋクロック信号を生成することができる。
　このように、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成し、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成することにより、第２主干渉信号において、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に応じた遅延を発生させることが可能となる。従って、第２主干渉信号をサンプリングする際のタイミングのずれを低減し、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を抑制することができる。
　より詳細には、第２補正信号生成部１７２は、遅延副干渉計信号に基づいて、第２補正信号を生成するように構成されている。すなわち、第２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、上述した遅延量に応じた時間である。
　なお、第２補正信号生成部１７２において適切な第２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主干渉信号の非線形性を、第２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主干渉信号と遅延させた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、第１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。
　また、第２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、時間軸方向に上述した遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、第２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、第２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。
　第２補正信号生成部１７２と同様に、第１補正信号生成部１７１が生成する第１補正信号は、パルス信号であってもよい。
　ＡＤ変換部１８１は、第１主干渉信号を電気信号に変換させた第１主干渉計信号を、第１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に入力される第１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、当該第１主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、上述した第１補正信号、つまり、第１Ｋ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、第１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。
　ＡＤ変換部１８２は、第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第１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、当該第２主干渉信号における波の間隔が等間隔になるように、上述した第２補正信号、つまり、第２Ｋ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、第２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１８２が第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、第２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、第２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、第１主干渉計１５１によって生成された第１主干渉信号及び第２主干渉計１５２によって生成された第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと、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で増幅された第１主干渉信号と、第１フォトダイオード１１３で受光され、増幅回路１１５で増幅された第２主干渉信号と、第２フォトダイオード１１６，１１７で受光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。
　具体的には、ＡＤ変換部１８１において、第１主干渉信号に基づく非線形なアナログ信号が、副干渉信号に基づく第１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。
　また、ＡＤ変換部１８２において、第２主干渉信号に基づく非線形なアナログ信号が、副干渉信号と遅延量とに基づく第２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。
　このように、処理部１１８が、第１主干渉計１５１によって生成された第１主干渉信号及び第２主干渉計１５２によって生成された第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと、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ことにより、計測対象物Ｔまでの距離を計測する構成を容易に実現することができる。
　図１１は、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。なお、図１１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１１に示すように、光干渉測距センサ１０１は、コントローラ１１０と、第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２と、を備え、コントローラ１１０と第１センサヘッド１２１及び第２センサヘッド１２２とを接続する光ファイバケーブル１３０をさらに備える。図１１に示す光干渉測距センサ１０１のコントローラ１１０は、図１０に示す光干渉測距センサ１００のコントローラ１１０と比較して、光ファイバ１６４を備えていない代わりに、遅延線１９１を備える点で相違する。
　コントローラ１１０の副干渉計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を伝搬した第２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、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、第１補正信号生成部１７１と遅延線１９１とに出力する。
　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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力するように構成されている。遅延線１９１の遅延量は、光ファイバ１６４の遅延量と同様に、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差に基づいて、設定される。本実施形態の遅延線１９１は、本発明における「遅延量生成部」の一例に相当する。遅延線１９１は、遅延を発生させた信号、つまり、遅延副干渉計信号」を第２補正信号生成部１７２に出力する。
　遅延線１９１は、電気信号の伝搬を遅らせる電子部品、例えばディレイラインを含んで構成される。なお、遅延線１９１の電子部品は、副干渉信号に遅延を発生させるものであれば、その構造、種類、数等は問わない。
　このように、遅延線１９１、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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力することにより、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、第２補正信号生成部１７２は、電気信号である第２補正信号を容易に生成することができる。
［第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミング］
　図１２は、第１主干渉計信号及び第２主干渉計信号のサンプリングのタイミングを説明するための図である。図１２において、第１主干渉計１５１の第１干渉信号に基づく第１主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を上段に示し、第２主干渉計１５２の第２干渉信号に基づく第２主干渉計信号のサンプリングする場合の信号を下段に示す。なお、以下の例では、明示する場合を除き、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
　図１２の上段に示すように、第１主干渉計信号は、時刻ｔ１において、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号に基づいて生成された第１補正信号によるサンプリングが開始される。そして、第１主干渉計信号は、第１補正信号によって補正された周期でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
　一方、図１２の下段に示すように、第２主干渉計信号は、時刻ｔ１の時点では発生しておらず、時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）において発生している。この時刻のズレ（以下、「遅延時間ｔ１２」ともいう）は、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差によって生じた光の遅延時間である。
　第２主干渉計信号におけるこの遅延時間ｔ１２に対応するために、図１０に示す光干渉測距センサ１００の光ファイバ１６４は、遅延量ｔｄｅｌａｙを生成する。遅延量ｔｄｅｌａｙは、光ファイバ１６３の長さＬ１ｒ及び光ファイバ１６４の長さＬ２ｒと、光の速さｃとを用いて以下の式（１）で表される。
　　　ｔｄｅｌａｙ＝｜Ｌ２ｒ－Ｌ１ｒ｜／ｃ　…（１）
　そのため、第２主干渉計信号は、時刻ｔ２において、この遅延量ｔｄｅｌａｙと、副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号とに基づいて生成された第２補正信号によるサンプリングが開始される。そして、第２主干渉計信号は、第２補正信号によって補正された周期でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。
　光ファイバ１６４が生成する遅延量ｔｄｅｌａｙは、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差による光の遅延時間ｔ１２との差の絶対値が、ＡＤ変換部１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎよりも小さくなるように設定されることが好ましい。
　言い換えれば、光の遅延時間ｔ１２と遅延量ｔｄｅｌａｙとの時間差Δｔが以下の式（２）を満たすように、遅延量ｔｄｅｌａｙを設定する。
　　　Δｔ＝｜ｔ１２－ｔｄｅｌａｙ｜＜Ｔｓｍｉｎ　…（２）
［デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差との関係］
　図１３は、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度と時間差Δｔとの関係を説明するための図である。図１２において、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度は、時間差Δｔがゼロである場合の信号強度を基準値「１」として正規化されたものである。また、図１２に示す例は、図１０に示す光干渉測距センサ１００を用いて説明し、図１１に示す光干渉測距センサ１０１を用いる場合の説明は省略する。
　図１０に示す光干渉測距センサ１００において、第１センサヘッド１２１から計測対象物Ｔ１までの距離が１［ｍ］、第１光ファイバ１３１の長さＬ１が２［ｍ］、第２センサヘッド１２２から計測対象物Ｔ２までの距離が１［ｍ］、第２光ファイバ１３２の長さＬ２が１０［ｍ］、第１光ファイバ１３１及び第２光ファイバ１３２の屈折率が１．５、光の速さｃが３×１０８［ｍ／ｓ］である場合、遅延時間ｔ１２は８×１０－８［ｓ］と算出される。ここで、光干渉測距センサ１００が、１００［ＭＨｚ］の最大サンプリング時間を有するＡＤ変換部１８１，１８２を備える場合、ＡＤ変換部１８１，１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎは、１×１０－８［ｓ］となる。これらの値を上述した式（２）に代入し、遅延量ｔｄｅｌａｙを７×１０－８［ｓ］以上、９×１０－８［ｓ］以下に設定する。
　図１３に示すように、遅延量ｔｄｅｌａｙを７×１０－８［ｓ］以上、９×１０－８［ｓ］以下に設定すると、デジタル信号に変換された第２主干渉計信号の信号強度は、１０［％］以下の低下に抑制することができる。例えば、副干渉計１６０の光ファイバ１６３の長さＬ１ｒが１［ｍ］であるときに、副干渉計１６０の光ファイバ１６４の長さＬ２ｒが１４［ｍ］に設定する。
　このように、遅延量ｔｄｅｌａｙは、第１光ファイバ１３１の光路長と第２光ファイバ１３２の光路長との光路長差による光の遅延時間ｔ１２との差の絶対値が、ＡＤ変換部１８２における最小のサンプリング周期Ｔｓｍｉｎよりも小さくなるように設定されることにより、サンプリングされたデジタル信号の信号強度の低下を所定割合以下、例えば１０％以下に抑制することができる。
　本実施形態では、光干渉測距センサ１００，１０１が、それぞれ、２つのセンサヘッドと、各センサヘッドをコントローラ１１０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、３つ以上のセンサヘッド、及び、これ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３つのセンサヘッドと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に、コントローラ１１０の構成、特に、副干渉計１６０とその後段（下流）の構成について説明する。
［３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計及びその後段の具体的構成］
　図１４は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の一例を示す模式図であり、図１５は、３つのセンサヘッドを備える場合の副干渉計１６０及びその後段の具体的な構成の他の例を示す模式図である。
　図１４に示すように、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に導かれるとともに、光ファイバ１６４を伝搬して第２フォトダイオード１１７に導かれる。さらに、副干渉信号は、光ファイバ１６４と同様に、遅延量を生成する。光ファイバ１６５を伝搬して第２フォトダイオード１１９に導かれる。光ファイバ１６５は、第２フォトダイオード１１９は、副干渉計１６０の光ファイバ１６５を伝搬した副干渉信号を受光して電気信号（以下、「遅延副干渉計信号」ともいう）に変換する。
　第３補正信号生成部１７３は、副干渉信号と遅延量とに基づいて、第３補正信号（「第３Ｋクロック信号」、又は単に「第３Ｋクロック」ともいう）を生成するように構成されている。第３補正信号は、図示を省略する第３主干渉計が生成する第３主干渉信号のサンプリング周期を補正する信号である。第３補正信号生成部１７３は、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３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変換するための第３補正信号、つまり、第３Ｋクロック信号を生成することができる。
　また、図１５に示すように、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てもよい。
　第２フォトダイオード１１６は、副干渉計１６０の光ファイバ１６３を伝搬した第２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し、第１補正信号生成部１７１と遅延線１９１とに出力する。
　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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第２補正信号生成部１７２に出力するように構成されている。遅延線１９１は、遅延を発生させた信号、つまり、遅延副干渉計信号を、第２補正信号生成部１７２と遅延線１９２とに出力する。遅延線１９２は、遅延線１９１と同様に、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、時間軸方向に遅延量に応じた遅延を発生させて第３補正信号生成部１７３に出力するように構成されている。遅延線１９２には、遅延線１９１から遅延副干渉計信号が入力され、さらに遅延を発生させた副干渉計信号が第３補正信号生成部１７３に出力される。
［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１６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１６（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１６（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１６（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］
　計測対象物に光を照射する第１センサヘッド（１２１）及び第２センサヘッド（１２２）のそれぞれに、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、
　光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
　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）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）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、
　第１主干渉信号及び第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと副干渉信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部（１１８）と、を備え、
　光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
　第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
　コントローラ（１１０）は、
　副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
　第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
　副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
　コントローラ（１１０）。
　［付記８］
　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、
　光源（１４０）から投光された光が供給され、第１センサヘッド（１２１）により計測対象物に照射して反射される第１測定光と、第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計（１５１）と、
　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）により計測対象物に照射して反射される第２測定光と、第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２主干渉計（１５２）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、を備え、
　光ファイバケーブル（１３０）は、第１主干渉計（１５１）に接続され、第１主干渉計（１５１）からの光を第１センサヘッド（１２１）に伝搬し、第１センサヘッド（１２１）からの光を第１主干渉計（１５１）に伝搬する第１光ファイバ（１３１）と、第２主干渉計（１５２）に接続され、第２主干渉計（１５２）からの光を第２センサヘッド（１２２）に伝搬し、第２センサヘッド（１２２）からの光を第２主干渉計（１５２）に伝搬する第２光ファイバ（１３２）と、を含み、
　第２光ファイバ（１３２）は、第１光ファイバ（１３１）の光路長と異なる光路長を有し、
　コントローラ（１１０）は、
　副干渉信号に基づいて、第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部（１７１）と、
　第１光ファイバ（１３１）の光路長と第２光ファイバ（１３２）の光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
　副干渉信号と遅延量とに基づいて、第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部（１７２）と、をさらに備える、
　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、７２ａ７２ｂ，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、１１６，１１６，１１９…第２フォトダイオード、１１８…処理部、１２１…第１センサヘッド、１２２…第２センサヘッド、１３０…光ファイバケーブル、１３１…第１光ファイバ、１３２…第２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、１６４…光ファイバ、１６５…光ファイバ、１７１…第１補正信号生成部、１７２…第２補正信号生成部、１７３…第３補正信号生成部、１８１，１８２…ＡＤ変換部、１９１，１９２…遅延線、Ｌｍ…測定光路、Ｌｒ…参照光路、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…計測対象物、ｔ１…時刻、ｔ２…時刻、ｔ１２…遅延時間、Ｔｓｍｉｎ…サンプリング周期、ｖｓ…電圧、Δｔ…時間差。

Claims (8)

  1. 　計測対象物に光を照射する第１センサヘッド及び第２センサヘッドのそれぞれに、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、
    　前記光源から投光された光が供給され、前記第１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第１測定光と、前記第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
    　前記光源から投光された光が供給され、前記第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２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、を備え、
    　前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
    　前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
    　前記コントローラは、
    　前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
    　前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
    　前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
    　コントローラ。
  2. 　前記遅延量生成部は、前記副干渉信号を伝搬し、前記光路長差に基づく光路長を有する第３光ファイバを含む、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  3. 　前記遅延量生成部は、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、時間軸方向に前記遅延量に応じた遅延を発生させて前記第２補正信号生成部に出力する遅延線を含む、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  4. 　前記第２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、時間軸方向に前記遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、前記第２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。
  5. 　前記第２主干渉信号を電気信号に変換させた第２主干渉計信号を、前記第２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。
  6. 　前記遅延量は、前記光路長差による光の遅延時間との差の絶対値が、前記ＡＤ変換部における最小のサンプリング周期よりも小さくなるように設定される、
    　請求項５に記載のコントローラ。
  7. 　前記第１主干渉信号及び前記第２主干渉信号のうちの少なくとも１つと前記副干渉信号とに基づいて、前記計測対象物までの距離を計測する処理部をさらに備える、
    　請求項１に記載のコントローラ。
  8. 　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、
    　前記光源から投光された光が供給され、第１センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される第１測定光と、前記第１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第１主干渉信号を生成する第１主干渉計と、
    　前記光源から投光された光が供給され、第２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第２測定光と、前記第２測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る第２参照光とに基づく第２主干渉信号を生成する第２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、を備え、
    　前記光ファイバケーブルは、前記第１主干渉計に接続され、前記第１主干渉計からの光を前記第１センサヘッドに伝搬し、前記第１センサヘッドからの光を前記第１主干渉計に伝搬する第１光ファイバと、前記第２主干渉計に接続され、前記第２主干渉計からの光を前記第２センサヘッドに伝搬し、前記第２センサヘッドからの光を前記第２主干渉計に伝搬する第２光ファイバと、を含み、
    　前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバの光路長と異なる光路長を有し、
    　前記コントローラは、
    　前記副干渉信号に基づいて、前記第１主干渉信号のサンプリング周期を補正する第１補正信号を生成する第１補正信号生成部と、
    　前記第１光ファイバの光路長と前記第２光ファイバの光路長との光路長差に基づく遅延量を生成する遅延量生成部と、
    　前記副干渉信号と前記遅延量とに基づいて、前記第２主干渉信号のサンプリング周期を補正する第２補正信号を生成する第２補正信号生成部と、をさらに備える、
    　光干渉測距センサ。
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