(57)【要約】  本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、計測装置であって、光を出射する光源と、光を参照光と測定光とに分離する分離部と測定対象設置部とを備え、参照光および測定対象で反射した反射光を出射する第１の光学系と、光を参照光と測定光とに分離する分離部と予め位置が判明している複数の反射部とを備え、参照光およびそれぞれの反射部で反射した反射光を出射する第２の光学系と，第１の光学系、第２の光学系のいずれかを選択する光学系選択部と、第１の光学系あるいは第２の光学系が出射する複数の光を受光する受光部と、受光部が受光した光の解析を行い、測定対象あるいは反射部までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部が算出した反射部までの距離を用いて補正値を算出する補正値算出部と，補正値を用いて測定対象までの距離を補正する補正部と、を有することを特徴とする。
2017081808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光を参照光と測定光とに分離する分離部と測定対象を設置する測定対象設置部とを備え、前記参照光および前記測定対象で反射した反射光を出射する第１光学系と、
前記光を参照光と測定光とに分離する分離部と予め位置が判明している複数の反射部とを備え、前記参照光およびそれぞれの反射部で反射した反射光を出射する第２光学系と，
前記第１光学系、前記第２光学系のいずれかを選択する光学系選択部と、
前記第１光学系あるいは前記第２光学系が出射する複数の光を受光する受光部と、前記受光部が受光した光の解析を行い、前記測定対象あるいは前記反射部までの距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部が算出した前記反射部までの距離を用いて補正値を算出する補正値算出部と，
前記補正値を用いて前記測定対象までの距離を補正する補正部と、を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記測定対象設置部は所定距離の可動域を有し、
前記可動域のうち光源から最も遠い位置における光源まで距離と、複数の前記反射部のうち光源から最も遠い反射部における光源までの距離とは等しい
ことを特徴とする計測装置。
【請求項３】
請求項１において、
複数の前記反射部の間隔が不均一であることを特徴とする計測装置。
【請求項４】
請求項１において、
複数の前記反射部は、光源から遠い側の端に反射面を有し、互いに反射面までの距離が異なる複数本のファイバであることを特徴とする記載の計測装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記反射部より光源から遠い位置に減衰器をさらに有することを特徴とする計測装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第１光学系はさらに、校正用の干渉計を有することを特徴とする計測装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記光学系選択部はファイバ切替え器あるいは偏光ビームスプリッターであることを特徴とする計測装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第２光学系はさらに温度センサを有することを特徴とする計測装置。
【請求項９】
光源が出射した光の光路を光学系選択部で選択する第１ステップと、
前記光学系選択部が第１の光学系を選択した場合に、前記光を第１参照光と第１測定光とに分離し、測定対象で前記第１測定光が反射した第１反射光と前記第１参照光とを受光部へ出射する第２ステップと、
前記光学系選択部が第２の光学系を選択した場合に、前記光を第２参照光と第２測定光との分離し、予め位置が判明している複数の反射部で前記第２測定光が反射した第２反射光と前記第２参照光とを前記受光部へ出射する第３ステップと、
前記受光部が受光した光の解析を行い、前記測定対象あるいは前記反射部までの距離を算出する第４ステップと、
前記第４ステップにおいて算出した前記反射部までの距離を用いて補正値を算出する第５ステップと、
前記補正値を用いて前記測定対象までの距離を補正する第６ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
【請求項１０】
請求項９において、
複数の前記反射部の間隔が不均一であることを特徴とする計測方法。
【請求項１１】
請求項９において、
前記光学系選択部はファイバ切替え器あるいは偏光ビームスプリッターであることを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，測定対象までの距離を非接触に測定するための距離計測方法及び距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象までの距離を非接触に計測する方法としてＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅｓ）方式が知られている。【０００３】
FMCW方式を使った距離測定の例として特許文献１に記載の技術があげられる。特許文献１では測定光学系とは別に校正用の光学系を設けることで，半導体レーザの経時変化による距離誤差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８０１１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、図２にＦＭＣＷ方式の一構成例を示す。半導体レーザ１０１に対して発振機１０２から三角波電流を注入し，駆動電流を変調すると，一定の変調速度で時間的に周波数掃引されたＦＭ光が発生する。そのＦＭ光をビームスプリッター２０２で分割し，出力光の一部を測定対象物１１４に照射し，一部を参照ミラー２０１で反射させる。測定対象からの戻り光と参照光の干渉光を受光器２０３にて検出し，検出されるビート信号をＰＣ１１９にて解析し，画面１２０に表示させる。【０００６】
図３に受光器で観測されるビート信号３０１を示す。グラフ横軸は観測されるビート周波数であり，縦軸が信号強度である。図４に距離計測原理を示す。参照光４０１と測定光４０２の受光器における光周波数の時間変化を示しており，グラフ横軸は時間であり，縦軸は光周波数である。ビート周波数ｆｂ，参照光４０１と測定光４０２の受光器への到着時間の差Δｔ，周波数掃引幅Δν，変調周期Ｔには次式の関係があることがわかる。【０００７】
【数１】
2017081808.tif 000003
【０００８】
よって，測定対象までの距離Ｌは大気中の光速度ｃを用いて，次式のように算出できる。【０００９】
【数２】
2017081808.tif 000004
【００１０】
式（２）より距離Ｌを精度良く測定するためには，ビート周波数ｆｂが変調周期Ｔの間，一定である必要がある。しかし半導体レーザの特性として注入電流の変化量に対して光周波数の変化量は非線形であるため，計測精度が劣化するという課題がある。【００１１】
また、ＦＭＣＷ方式において，光周波数掃引の変化が非線形になった場合の距離誤差について図５を用いて説明する。非線形性を２次と仮定して説明する（実際は高次の非線形性である可能性があるが説明する上で簡略化のため２次と仮定した）。参照光５０１の光周波数は次式で表される。【００１２】
【数３】
2017081808.tif 000005
【００１３】
ここでａは時間ｔの２次の係数，ｂは１次の係数である。同様に測定光５０２の光周波数は次式で表される。【００１４】
【数４】
2017081808.tif 000006
【００１５】
参照光５０１と測定光５０２が受光器で受光される際に生じる干渉ビート周波数は次式となる。【００１６】
【数５】
2017081808.tif 000007
【００１７】
式（５）より光周波数が線形に掃引された場合は第３項のみとなり，ビート周波数はΔｔに比例する，つまり測定対象までの距離に比例するため，ビート周波数から距離を精度良く求めることが可能となる。しかし非線形に掃引される場合は，第１項と第２項が生じるため，ビート周波数から距離を精度良く求めることができない。そこで一般的に半導体レーザの注入電流を非線形な波形にし，掃引周波数が線形になるように調整する手法が取られる。しかしながら，注入電流に対する半導体レーザの特性は経時変化してしまう。経時変化した場合，式(5)において，係数a,bが変動してしまうため，ビート周波数から距離を正確に求めることができない。【００１８】
このような課題に対し、特許文献１では対象を測定するための光学系とは別に校正用の光学系を設けることで，半導体レーザの経時変化の影響を補正している。【００１９】
説明のため特許文献１図1を引用して図７に示す。半導体レーザ光源から照射された光はビームスプリッターを通過した後，別のビームスプリッターを通過する。二つ目のビームスプリッターにより，距離が正確にわかっている反射面までの距離を測定対象と同時に計測する。特許文献１の図4に検出されたビート信号が示されている。特許文献１では、対象からの反射光と反射面からの反射光とは同時検出されるため，ビート周波数が重ならないように対象までの距離よりも反射面の距離を離す必要がある。この方式の場合，半導体レーザの経時変化によって式(5)における係数bが変動し，周波数が線形に変動した場合であれば，校正可能である。しかし，式(5)における係数aが変動し，周波数が非線形に変動した場合は，対象までの距離の間に校正用のビート周波数の情報がないため，精度良く校正することができない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、計測装置であって、光を出射する光源と、光を参照光と測定光とに分離する分離部と測定対象を設置する測定対象設置部とを備え、参照光および測定対象で反射した反射光を出射する第１の光学系と、光を参照光と測定光とに分離する分離部と予め位置が判明している複数の反射部とを備え、参照光およびそれぞれの反射部で反射した反射光を出射する第２の光学系と，第１の光学系、第２の光学系のいずれかを選択する光学系選択部と、第１の光学系あるいは第２の光学系が出射する複数の光を受光する受光部と、受光部が受光した光の解析を行い、測定対象あるいは反射部までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部が算出した反射部までの距離を用いて補正値を算出する補正値算出部と，補正値を用いて測定対象までの距離を補正する補正部と、を有することを特徴とする。【００２１】
または、計測方法であって、光源が出射した光の光路を光学系選択部で選択する第１ステップと、光学系選択部が第１の光学系を選択した場合に、光を第１参照光と第１測定光とに分離し、測定対象で第１測定光が反射した第１反射光と第１参照光とを受光部へ出射する第２ステップと、光学系選択部が第２の光学系を選択した場合に、光を第２参照光と第２測定光との分離し、予め位置が判明している複数の反射部で第２測定光が反射した第２反射光と第２参照光とを受光部へ出射する第３ステップと、受光部が受光した光の解析を行い、測定対象あるいは反射部までの距離を算出する第４ステップと、第４ステップにおいて算出した反射部までの距離を用いて補正値を算出する第５ステップと、補正値を用いて測定対象までの距離を補正する第６ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，高精度に距離を計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図２】ＦＭＣＷ方式の構成を示した図である。
【図３】受光器で発生するビート信号を示した図である。
【図４】ＦＭＣＷ方式の原理を説明する図である。
【図５】ＦＭＣＷ方式において距離誤差が生じる原因を説明する図である。
【図６】第1の実施例における制御部の構成を示した図である。
【図７】特許文献２を引用して説明する図である。
【図８】第１の実施例におけるファイバの反射面を示した図である。
【図９】第１の実施例における受光器で発生するビート信号を示した図である。
【図１０】第１の実施例における初回の校正方法を示した図である。
【図１１】第１の実施例における測定毎の校正方法を示した図である。
【図１２】第２の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１３】第３の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１４】第４の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１５】第５の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１６】第６の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１７】第７の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１８】第８の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図１９】第９の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図２０】第１０の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【図２１】第１１の実施例における距離計測装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１における面形状計測方法および装置について図１を用いて説明する。制御部１１９から任意信号発生器１０２に掃引波形信号を送信する。任意信号発生器１０２によって半導体レーザ１０１の駆動電流に変調をかけることによって，光周波数の掃引を行う。半導体レーザからの射出光の一部をファイバカプラ１０３によって参照光学系132に導光する。参照光学系ではレーザ光はファイバカプラ１０４によって更に２分岐され，光ファイバ１０５によって一定の光路差を設けた後，再びファイバカプラ１０６によって合波され，受光器１０７に受光されるように構成されている。これはマッハツェンダー干渉計の構成となっており、受光器１０７では光路差に比例した一定のビート信号が発生する。受光器１０７で発生するビート周波数は次式となる。【００２６】
【数６】
2017081808.tif 000008
【００２７】
ここで，Δt0は参照用光学系の光路差を光が伝搬する時間である。【００２８】
一方，参照光学系に導かれなかった光はサーキュレータ１０８を通過し，光切替え器１１０によって，測定光学系(第1光学系)131と校正用光学系（第2光学系）130に選択的に導かれる。測定光学系131に導かれた場合，ファイバカプラ１１１によって分岐され，一部は参照用ミラー１１２によって反射され参照光となり、残りの大部分はコリメータレンズ１１３により空間に照射され，測定対象設置部133に設置されている対象１１４に照射される。測定対象設置部133はある程度の範囲内で、対象物設置位置133を動かすことができる。【００２９】
対象１１４から反射した光は再びコリメータレンズ１１３を通過して，参照用ミラー１１２からの参照光とファイバカプラ１１１部分で合流した後，光切替え器１１０を通過し，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。受光器１０９で受光されたビート信号は式(5)となる。ここで，受光器１０７で受光されたビート信号でサンプリングすると次式となる【００３０】
【数７】
2017081808.tif 000009
【００３１】
式(7)より測定対象までの距離と参照用光学系の光路差が近い場合は第2項がゼロになるため，対象を測定する際のビート周波数と参照用の光学系で発生するビート周波数との比から距離を算出することが可能である。しかし，測定対象までの距離が参照用光学系の光路差から離れると第2項が無視できなくなり，距離の誤差を生じる。そこで，半導体レーザに加える電流波形を非線形にして，掃引周波数をなるべく線形にすることで，式(7)の係数aを小さくし，第2項の影響を抑制している。しかしながら，半導体レーザの電流特性は経時変化するため，aの値が変動し，距離誤差を生じる可能性がある。そこで，校正用の光学系を別途設ける。【００３２】
光切替え器１１０によって校正用光学系130に導かれた光はファイバカップラ１１５によって分岐され，一部は参照用ミラー１１６によって反射され，参照光となり，残りの大部分は等間隔に反射面が刻まれた光ファイバ１１７を通過する。光ファイバ１１７では等間隔に反射面が刻まれており，各点で光の一部が反射し，大部分は透過する。これにより，複数点で光が反射する。この校正用光学系130内の各反射面までの距離は既知であり、この値を使って測定光学系131で測定した距離を校正する。校正方法の詳細は後述する。この時、複数の反射面のうち最も光源に近い反射面の位置は、測定対象設置部133の可動域の光源側の端よりも光源に近い。また、反射面のうち最も光源から遠い反射面の位置は、測定対象設置部133の可動域の光源から遠い側の端よりも光源から遠い。このように構成することで、複数の反射面までの距離内に、必ず測定対象設置部までの距離と同じ距離が含まれることになり、適切な範囲で校正することができる。【００３３】
ファイバ１１７の末端（光源から遠い方の端）にはファイバ減衰器１１８が設置されており，末端部で光が吸収され反射しないようにする。各点で反射した光は参照用ミラー１１６からの参照光とファイバカプラ１１５部分で合流した後，光切替え器１１０を通過し，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。受光器１０９で受光されたビート信号を受光器１０７で受光されたビート信号でサンプリングする。【００３４】
図９にファイバ１１７の各点で反射した光によって発生するビート信号９０１を示す。距離に応じてビート信号が複数発生する。またファイバ切替え器１１０を切り替えて対象に光を照射した場合に得られるビート信号９０２も同図に示す。ここで，対象までの最大距離がファイバ１１７の長さ以内となるようファイバ１１７の長さは決定される。これによって，半導体レーザが経時変化し，式(5)における係数aが変動し，周波数が非線形に変動した場合でも，対象までの距離の間に校正用のビート周波数の情報が多数あるため，精度良く校正することができる。【００３５】
校正方法を図１０を用いて説明する。まずファイバ１１７に刻まれた各反射の距離を正確に求める必要がある。１実施例として，ファイバ切替え器で測定光学系に光を導き，ＦＭＣＷ計測に求められる精度よりも高精度な位置決めステージに搭載されたミラーを測定対象として，ステージを駆動しミラーまでの距離を測る。このときＦＭＣＷによる距離計測結果がステージの移動距離と等しくなるよう半導体レーザの注入電流の調整を行う。【００３６】
次にファイバ切替え器で校正用光学系130に光を導き，ファイバ１１７の各反射点のビート周波数から各反射点の距離を求めてＰＣのメモリに記録する。本方法は装置製作後に初回に１度のみ実施すれば良い。【００３７】
次に測定毎の校正方法を図１１を用いて説明する。対象を測定する前にファイバ切替え器１１０によって校正光学系130を測定し，各反射点までの距離を距離算出部601が算出する。１００１は図１０で求めた距離を示し，１１０１は測定前に測定した距離を示す。１００１と１１０１の距離がずれていなければ，校正の必要はない。しかし１００１と１１０１がずれている場合は，校正が必要である。校正方法を図6を用いて説明する。校正光学系の各反射までの距離を距離算出部601にて算出する。次に補正値算出部602にて初回校正時にPCのメモリに記録された距離データと距離算出部601にて算出された距離データとの差分あるいは比を求める。求めた差分あるいは比から補正値を算出する。補正値は例えば多項式近似などを用いて，反射点が存在しない領域のデータも算出する。次にファイバ切替え器110によって対象を測定し，距離算出部601によって求めた距離に対して，距離補正部603にて補正値算出部602で求めた補正値を補正する。【００３８】
あるいは，半導体レーザの注入電流を変更して，補正する方法も可能である。このとき複数点を校正に使うことで，高次の非線形まで校正可能である。【００３９】
ファイバ１１７に反射面を刻む一例を図８に示す。例えば，紫外線を照射してファイバ中に加工する方法がある。この手法はＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）ファイバを製作する際に用いられている方法であり，一般的な手法である。【００４０】
以上を踏まえると、本実施例に記載されている計測装置は、光を出射する光源101と、光を参照光と測定光とに分離する分離部111と測定対象設置部とを備え、参照光および測定対象で反射した反射光を出射する第１の光学系131と、光を参照光と測定光とに分離する分離部111と予め位置が判明している複数の反射部117とを備え、参照光およびそれぞれの反射部で反射した反射光を出射する第２の光学系130と，第１の光学系131、第２の光学系130のいずれかを選択する光学系選択部110と、第１の光学系あるいは第２の光学系が出射する複数の光を受光する受光部109と、受光部が受光した光の解析を行い、測定対象あるいは反射部までの距離を算出する距離算出部601と、距離算出部が算出した反射部までの距離を用いて補正値を算出する補正値算出部602と，補正値を用いて測定対象までの距離を補正する補正部603と、を有することを特徴とする。【００４１】
また、本実施例に記載されている計測方法は、光源101が出射した光の光路を光学系選択部110で選択する第１ステップと、光学系選択部110が第１の光学系131を選択した場合に、光を第１参照光と第１測定光とに分離し、測定対象114で第１測定光が反射した第１反射光と第１参照光とを受光部109へ出射する第２ステップと、光学系選択部110が第２の光学系130を選択した場合に、光を第２参照光と第２測定光との分離し、予め位置が判明している複数の反射部117で第２測定光が反射した第２反射光と第２参照光とを受光部109へ出射する第３ステップと、受光部109が受光した光の解析を行い、測定対象あるいは反射部までの距離を算出する第４ステップ601と、第４ステップにおいて算出した反射部までの距離を用いて補正値を算出する第５ステップ602と、補正値を用いて測定対象までの距離を補正する第６ステップ603と、を有することを特徴とする計測方法。  これらの構成により、複数の反射面までの距離内に、必ず測定対象設置部までの距離と同じ距離が含まれる二つの光学系を光学系選択部で切り替えることにより、測定対象までの距離の間で校正用のビート周波数の情報を得ることができ、精度よく距離を構成することができる。
【実施例２】
【００４２】
実施例２における距離計測方法および装置について図１２を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは参照用ミラー１１６の位置である。校正用ファイバ１１７の先端に参照用ミラー１１６を取り付けることで，各点で反射した光とファイバを透過して参照用ミラー１１６で反射した光が干渉し，ビート信号を生成することが可能となる。この場合，図１で説明したファイバカップラ１１５と光減衰器１１８が不要となるため，実施例１と比較して構成がよりシンプルにり、計測装置の製造が簡便となる。
【実施例３】
【００４３】
実施例３における距離計測方法および装置について図１３を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは図１ではファイバ１１７の反射点の間隔は均一であったが，図１３ではファイバ１４０１の反射点の間隔を不均一にしている点である。波長オーダーで間隔が均一である場合，ＦＢＧと類似した構造になるため，掃引波長内のある波長帯域がファイバ１１７で高強度に反射してしまい，参照用ミラーに照射されない可能性がある。その場合ビート信号が生じなくなるため，距離を計測できなくなる。よって波長オーダーで間隔が均一とならないように反射面同士の間隔を不均一に製作することで、ビート信号が生じなくなり校正精度が落ちる可能性を低減する。
【実施例４】
【００４４】
実施例４における距離状計測方法および装置について図１４を用いて説明する。実施例４では測定光学系と校正光学系との切替え器１１０の代わりに偏光ビームスプリッター１５０１を用いる。半導体レーザから照射される光をＳ偏光とＰ偏光が混在した偏光状態としておく。偏光ビームスプリッター１５０１によってＳ偏光成分を測定光学系に導入し，Ｐ偏光成分を校正光学系に導入する。あるいはＰ偏光成分を測定光学系に導入し，Ｓ偏光成分を校正光学系に導入する。【００４５】
測定光学系に導入された光はサーキュレータ１０８を通過し，ファイバカプラ１１１によって分岐され，一部は参照用ミラー１１２によって反射され参照光となり、残りの大部分はコリメータレンズ１１３により空間に照射され，対象１１４に照射される。対象１１４から反射した光は再びコリメータレンズ１１３を通過して，参照用ミラー１１２からの参照光とファイバカプラ１１１部分で合流した後，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。【００４６】
一方，校正光学系に導入された光はサーキュレータ１５０２を通過し，ファイバカプラ１１５によって分岐され，一部は参照用ミラー１１６によって反射され参照光となり，残りの大部分は等間隔に反射面が刻まれた光ファイバ１１７を通過する。光ファイバ１１７では等間隔に反射面が刻まれており，各点で光の一部が反射し，大部分は透過する。【００４７】
これにより，複数点で光が反射し，ファイバ１１７の末端にはファイバ減衰器１１８が設置されており，光は吸収される。各点で反射した光は参照用ミラー１１６からの参照光とファイバカプラ１１５部分で合流した後，サーキュレータ１５０２により，受光器１５０３まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。【００４８】
制御ＰＣ１１９内では受光器１０９と１５０３の信号を切り替え可能な構成となっており，対象測定時は１０９の信号を選択し，校正時は１５０３の信号を選択することが可能である。【００４９】
また偏光ビームスプリッター１５０１はファイバカップラとしても良い。
【実施例５】
【００５０】
実施例５における距離計測方法および装置について図１５を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは光切替え器１１０の位置をファイバカップラ１１５の後に配置した点である。こうすることで，参照用ミラー１１６を測定光学系と校正光学系で共通化し，１つにすることが可能である。これにより部品点数を低減できるメリットがある。しかし，参照用ミラーと測定対象までの距離が延びてしまい距離の変動要因となってしまう可能性や，光切替え器１１０で発生する反射光がノイズとなってしまう可能性が考えられる。
【実施例６】
【００５１】
実施例６における距離計測方法および装置について図１６を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは校正用ファイバである。実施例６では光切替え器１１０によって校正用光学系に導かれた光はファイバカップラ１１５によって分岐され，一部は参照用ミラー１１６によって反射され，参照光となり，残りの大部分はさらにファイバカップラ１７０１によって分岐され，それぞれ長さの異なるファイバ１７０２，１７０３，１７０４を通過後に反射面１７０５，１７０６，１７０７によって反射される。これにより，距離の異なる反射面を形成可能となる。【００５２】
各点で反射した光は参照用ミラー１１６からの参照光とファイバカプラ１１５部分で合流した後，光切替え器１１０を通過し，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。
【実施例７】
【００５３】
実施例７における距離計測方法および装置について図１７を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは校正用ファイバである。実施例７では光切替え器１１０によって校正用光学系に導かれた光はファイバカップラ１１５によって分岐され，一部は参照用ミラー１１６によって反射され，参照光となり，残りの大部分はファイバカップラ１８０１によって共振器内をループする。【００５４】
共振器内には反射面１８０２が設けられており，共振器を複数回ループすることで，距離の異なる反射面を複数個形成可能となる。各点で反射した光は参照用ミラー１１６からの参照光とファイバカプラ１１５部分で合流した後，光切替え器１１０を通過し，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。
【実施例８】
【００５５】
実施例８における距離計測方法および装置について図１８を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは実施例８では温調ボックス１９０１と１９０２を備える点である。本発明は距離の基準を校正用ファイバと参照用ファイバとしている。そのため温度によりファイバ長が変化してしまうと距離誤差を生じる。【００５６】
そこで，ファイバカップラ１０４，ファイバ１０５，ファイバカップラ１０６を温調ボックス１９０２に入れ，温度を一定に保ち，さらにファイバカップラ１１５，参照用ミラー１１６，ファイバ１１７，ファイバ減衰器１１８を温調ボックス１９０１に入れて，温度を一定に保つ。また温度を一定に保つのではなく，精密にファイバの温度を計測し，温度変化からファイバの熱影響を加味することで，実際のファイバ長を算出し，距離を算出してもよい。
【実施例９】
【００５７】
実施例９における面形状計測方法および装置について図１９を用いて説明する。図１で説明した第１の実施例との違いは，実施例９は参照クロック生成用の光学系がない場合の構成である。参照クロックが無かったとしても，式（５）で得られるビート信号とファイバ１１７の反射面で得られるビート信号を比較して，距離を求めることが可能となる。
【実施例１０】
【００５８】
実施例１０における面形状計測方法および装置について図２０を用いて説明する。半導体レーザからの射出光の一部をファイバカプラ１０３によって参照光学系に導光する。参照光学系ではレーザ光はファイバカプラ１０４によって２分岐され，さらに光切替え器２１０１によって長さの異なる光ファイバ２１０３，２１０４に選択的に導かれ，一定の光路差を設けた後，光切替え器２１０１で選択された光ファイバと同一の光ファイバが選択されるように光切替え器２１０２で選択され，再びファイバカプラ１０５によって合波され，受光器１０７に受光されるように構成されている。これはマッハツェンダー干渉計の構成となっており、受光器１０７では光路差に比例した一定のビート信号が発生する。【００５９】
一方，参照光学系に導かれなかった光はサーキュレータ１０８を通過し，ファイバカプラ１１１によって分岐され，一部は参照用ミラー１１２によって反射され参照光となり、残りの大部分はコリメータレンズ１１３により空間に照射され，対象１１４に照射される。対象１１４から反射した光は再びコリメータレンズ１１３を通過して，参照用ミラー１１２からの参照光とファイバカプラ１１１部分で合流した後，サーキュレータ１０８により，受光器１０９まで導光され、参照光と測定光の干渉によりビート信号を発生する。受光器１０９で受光されたビート信号を受光器１０７で受光されたビート信号でサンプリングする。このとき，参照光学系の光ファイバ２１０３，２１０４は対象までの距離と近くなるファイバを光切替え器にて選択する。これにより，式（７）の第２項が小さくなり，非線形の影響を抑制できる。また光ファイバの数は図２０では２つとしたが測定距離に応じて複数本備えても良い。
【実施例１１】
【００６０】
実施例１１における面形状計測方法および装置について図２1を用いて説明する。実施例１１では実施例１〜１０のいずれかの距離計測部２２０１を保有し，照射光をフォーカスレンズ２２０２を搭載したステージ２２０３を駆動し，対象にフォーカス調整し，ガルバノミラー２２０４，２２０５を振ることで，２次元に走査して対象の形状を計測することが可能となる。【００６１】
ビーム走査の一例としてガルバノミラーとしたが，回転モータにミラーを搭載して回転して走査する方法やポリゴンミラーにより走査する方法でも良い。
【符号の説明】
【００６２】
１０１…半導体レーザ，１０２…信号発生器，１０３…ファイバカップラ，１０４…ファイバカップラ，１０５…ファイバ，１０６…ファイバカップラ，１０７…受光器，１０８…サーキュレータ，１０９…受光器，１１０…ファイバ切替え器，１１１…ファイバカップラ，１１２…参照用ミラー，１１３…ファイバコリメータ，１１４…測定対象，１１５…ファイバカップラ，１１６…参照用ミラー，１１７…校正用ファイバ，１１８…減衰器，１１９…ＰＣ，１２０…モニター，２０１…参照用ミラー，２０２…ビームスプリッター，２０３…受光器，３０１…ビート信号，４０１…参照光の光周波数，４０２…測定光の光周波数、５０１…掃引周波数が非線形の場合の参照光の光周波数，５０２…掃引周波数が非線形の場合の測定光の光周波数，６０１…ファイバカップラ，６０２…ファイバ，６０３…ファイバカップラ，６０４…受光器，７０１…ビームスプリッター，７０２…参照用ミラー，８０１…測定対象のビート信号，８０２…校正用の反射点のビート信号，９０１…校正用ファイバ各反射点のビート信号，９０２…測定対象のビート信号，１００１…初回校正時の校正用ファイバ各反射点位置，１１０１…経時変化が起きたときの校正用ファイバ各反射点位置，１２０１…ファイバ加工方法，１４０１…反射点の間隔が異なる校正用ファイバ，１５０１…偏光ビームスプリッター，１５０２…サーキュレータ，１５０３…受光器，１７０１…ファイバカップラ，１７０２…校正用ファイバ，１７０３…校正用ファイバ，１７０４…校正用ファイバ，１７０５…反射面，１７０６…反射面，１７０７…反射面，１８０１…ファイバカップラ，１８０２…反射点，１９０１…温調ボックス，１９０２…温調ボックス，２１０１…ファイバ切替え器，２１０２…ファイバ切替え器，２１０３…参照用ファイバ，２１０４…参照用ファイバ，２２０１…距離測定部，２２０２…フォーカスレンズ，２２０３…フォーカスステージ，２２０４…ガルバノミラー，２２０５…ガルバノミラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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