(57)【要約】【課題】鉄鋼製品の製造現場のような悪環境下で適用したとしても、精度良く被測定対象までの距離を測定することが可能な距離測定装置を提供する。【解決手段】本発明に係る距離測定装置１００は、ＦＳＦレーザ光源１１、受光素子１２、参照光を反射するための第１の反射源Ｒ１及び距離演算手段１３を具備する距離測定装置本体１と、被測定対象Ｍの表面に対向配置され、内部にレーザ光を戻り光として反射するための第２の反射源Ｒ２を具備する測定ヘッド２と、距離測定装置本体と測定ヘッドとを連結する光ファイバー３とを備える。距離演算手段は、被測定対象の表面で反射した測定光の周波数と参照光の周波数との差に基づき第１の距離Ｌ１を演算し、戻り光の周波数と参照光の周波数との差に基づき第２の距離Ｌ２を演算し、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算することで、第２の反射源Ｒ２から被測定対象の表面までの距離を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間に対して周波数が線形に変動するレーザ光を出射するＦＳＦレーザ光源と、前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光の反射光を受光する受光素子と、前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を参照光として反射するための第１の反射源と、距離演算手段とを具備する距離測定装置本体と、
被測定対象の表面に対向配置され、内部に前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を戻り光として反射するための第２の反射源を具備する測定ヘッドと、
前記距離測定装置本体と前記測定ヘッドとを連結する光ファイバーとを備え、
前記測定ヘッドは、前記距離測定装置本体から出射され、前記光ファイバーを介して伝送されたレーザ光の一部を前記被測定対象の表面に向けて投光すると共に、前記レーザ光の残りの一部が前記第２の反射源で反射した前記戻り光を前記光ファイバーを介して前記距離測定装置本体に向けて伝送し、前記被測定対象の表面に向けて投光され、前記被測定対象の表面で反射したレーザ光を測定光として前記光ファイバーを介して前記距離測定装置本体に向けて伝送し、
前記距離演算手段は、前記光ファイバーを介して伝送され前記受光素子で受光した前記測定光の周波数と、前記受光素子で受光した前記参照光の周波数との差に基づき、第１の距離Ｌ１を演算し、前記光ファイバーを介して伝送され前記受光素子で受光した前記戻り光の周波数と、前記受光素子で受光した前記参照光の周波数との差に基づき、第２の距離Ｌ２を演算し、前記第１の距離Ｌ１と前記第２の距離Ｌ２との差を演算することで、前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を算出することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記距離演算手段には、前記測定光の周波数と前記参照光の周波数との差である第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と、前記戻り光の周波数と前記参照光の周波数との差である第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とが設定され、
前記距離演算手段は、前記受光素子の受光信号を周波数解析して、前記第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルを抽出し、該抽出した周波数スペクトルのうち、前記第１の周波数領域においてピークとなる周波数を第１のビート周波数として検出し、該検出した第１のビート周波数に基づき第１の距離Ｌ１を演算し、前記第２の周波数領域においてピークとなる周波数を第２のビート周波数として検出し、該検出した第２のビート周波数に基づき第２の距離Ｌ２を演算することを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記距離測定装置本体を内部に収容する断熱された筐体と、
前記光ファイバーが挿入される保護管とを備え、
前記筐体には、内部の温度を安定化させる温度安定化手段と、振動を抑制する防振手段とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記筐体の内部温度の変動が０．３℃以内に抑制されていることを特徴とする請求項３に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記距離演算手段は、所定の測定タイミングで演算した前記第１の距離Ｌ１及び前記第２の距離Ｌ２のうち前記第２の距離Ｌ２を記憶し、次の測定タイミングから予め定めた所定の測定タイミングまでは、前記第１の距離Ｌ１を演算すると共に、前記第２の距離Ｌ２を演算せずに前記記憶した第２の距離Ｌ２を用いて、前記演算した第１の距離Ｌ１と前記記憶した第２の距離Ｌ２との差を演算することで、前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を算出することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項６】
被測定対象の表面の異なる部位にそれぞれ対向配置される複数の前記測定ヘッドと、
前記距離測定装置本体と前記複数の測定ヘッドとをそれぞれ連結する複数の前記光ファイバーと、
前記距離測定装置本体と前記複数の光ファイバーとの間に介在する光マルチプレクサと、
前記光マルチプレクサを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記光マルチプレクサを制御して、前記距離測定装置本体に連結する前記複数の各光ファイバーを順次切り替えることで、前記距離測定装置本体と前記複数の各測定ヘッドとを順次連結させ、
前記距離演算手段は、前記距離測定装置本体と連結した前記各測定ヘッドが具備する前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を順次算出することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記距離演算手段には、前記測定光の周波数と前記参照光の周波数との差である第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と、前記戻り光の周波数と前記参照光の周波数との差である第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とが、前記各測定ヘッド毎に該各測定ヘッドに対応付けて設定されており、
前記距離演算手段は、前記制御手段から前記距離測定装置本体と連結した前記測定ヘッドの情報を受信し、該情報を受信した測定ヘッドについて得られた前記受光素子の受光信号を周波数解析して、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルを抽出し、該抽出した周波数スペクトルのうち、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第１の周波数領域においてピークとなる周波数を第１のビート周波数として検出し、該検出した第１のビート周波数に基づき第１の距離Ｌ１を演算し、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第２の周波数領域においてピークとなる周波数を第２のビート周波数として検出し、該検出した第２のビート周波数に基づき第２の距離Ｌ２を演算することを特徴とする請求項６に記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＳＦレーザ光源（周波数シフト帰還型レーザ光源）を備えた距離測定装置に関する。特に、本発明は、鉄鋼製品の製造現場のような悪環境下で適用したとしても、精度良く被測定対象までの距離を測定することが可能な距離測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製品の製造現場では、様々な工程の前後や工程中で鉄鋼材料までの距離を測定し、その位置、形状、寸法を算出することで、工程の高精度な管理や製品の精度向上、品質向上に寄与する場合が多くある。また、鉄鋼製品の寸法や形状の高精度化に伴い、これらの高精度な測定の必要性も高まっている。
【０００３】
しかしながら、鉄鋼製品の製造現場は、計測装置にとって悪環境である。すなわち、工場内に粉塵が漂っていたり、被測定対象が高温であったり、被測定対象や雰囲気の温度変動が大きかったりする条件下で、高精度に被測定対象までの距離を測定し、その寸法や形状を算出する必要がある。高温の材料を扱う製銑工程や製鋼工程では、溶けた鉄鋼材料は１５００℃以上となり、熱間圧延工程では、加熱炉を出た鉄鋼材料は１２００℃を超え、圧延後の冷却終了時でも鉄鋼材料が５００℃を上回ることもある。このような鉄鋼材料までの距離を測定する際、或いは、このような鉄鋼材料に近接した圧延設備までの距離を測定する場合には、高温材料からの熱輻射等の影響により、高精度な装置は測定誤差を生じたり、故障するおそれもある。また、鉄鋼材料を処理する設備が大きいために大きな振動が生じ、装置が故障することもある。さらには、この様な工場の製造ライン近傍には、油摘や水滴、剥離したスケール等による粉塵が工場内の雰囲気に散乱しており、光干渉計やレーザ光源等の精密機器は、これらの粉塵等が付着することによって安定した測定が阻害されるおそれもある。冷間圧延工程や検査工程などは、熱間圧延工程に比べるとましな環境ではあるものの、夏場は工場内の雰囲気温度が外気以上に高温になる場合があり、雰囲気温度が大きく変動する。また、高温材料の冷却床が隣接している場合なども、雰囲気温度が高温になる場合がある。さらには、冷間圧延工程や検査工程などの冷間ラインでも、剥離したスケール等による粉塵が浮遊したり、圧延機の稼働やクレーンの走行、材料の搬送に伴う振動が生じたり、潤滑等に使われる油滴が浮遊しているなど、計測装置にとって悪環境であることに変わりはない。
以上に述べたような、大きな温度変動や、高温、粉塵、振動に晒された条件下で、高精度な計測装置を使って低いメンテナンス労力で安定した測定を維持することは極めて困難な場合がある。
【０００４】
一方、鉄鋼製品はその寸法範囲が広範囲に亘る。例えば、中径サイズの継目無鋼管では、外径１００ｍｍ程度から４００ｍｍ強までの製品を同一の製造ラインで処理する。大径管（溶接管）では、外径１ｍ未満から数ｍに及ぶ製品を製造する製造ラインが存在する。厚板では、厚みが１０ｍｍ弱から１００ｍｍを超え、幅が４ｍから５ｍに及ぶものがある。従い、距離測定装置としては、測定レンジの広いものが必要とされる。その一方で、前述のように、被測定対象や雰囲気温度が高温であったり、設備の振動が伝達したり、鉄鋼材料を搬送する際のパスライン変動が生じたりすることから、距離測定装置を被測定対象からできるだけ離間させて遠隔的に測定することが望ましい。
以上に述べたように、鉄鋼製品の製造現場で被測定対象の距離を測定するには、遠隔的に且つ高精度に測定でき、なお且つ測定レンジの広い距離測定装置が必要である。
【０００５】
上述したような、遠隔的に且つ高精度に測定でき、なお且つ測定レンジの広い距離測定装置として、例えば特許文献１、２に記載のＦＳＦレーザ光源（周波数シフト帰還型レーザ光源）を備えた距離測定装置（以下、適宜、「ＦＳＦレーザ距離測定装置」という）が知られている。
【０００６】
このＦＳＦレーザ距離測定装置は、内部に音響光学素子が設けられた共振器を有するＦＳＦレーザ光源を備える。このため、レーザ光が共振器内を周回する毎に、音響光学素子によってレーザ光の周波数が変調される。その結果、ＦＳＦレーザ光源から時間に対して周波数が線形に変動するレーザ光が出射されることになる。ＦＳＦレーザ距離測定装置は、ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を被測定対象及び所定の反射源に向けて投光し、被測定対象で反射したレーザ光を測定光として、反射源で反射したレーザ光を参照光として、受光素子で受光する。周波数の異なる測定光と参照光とが重なり合うことで、測定光の周波数と参照光の周波数との差であるビート周波数が生じる。このため、ＦＳＦレーザ距離測定装置は、測定光と参照光とを受光素子で受光し、ビート周波数を検出することで、測定光の周波数と参照光の周波数との差を検出することができる。
ここで、被測定対象及び反射源が固定位置に設けられている場合、測定光の伝搬時間と参照光の伝搬時間との差は一定となる。ＦＳＦレーザ光源から出射されるレーザ光の周波数は時間に対して線形に変動するため、受光素子で受光する測定光の周波数と参照光の周波数との差も一定となる。
一方、参照光を反射する反射源の位置を固定し、被測定対象を前記固定位置から少し離れた位置に設置した場合、参照光の伝搬時間は一定であるが、測定光の伝搬時間は（被測定対象の距離変化の２倍／光速度）分だけ長くなる。そして、受光素子で受光する測定光の周波数は、参照光の周波数に対して、（周波数の単位時間当たりの変化）×（被測定対象の距離変化の２倍／光速度）分だけ大きくなる。従い、受光素子で受光する測定光の周波数と参照光の周波数との差は、被測定対象の距離変化に比例して変化する。
このため、測定光の周波数と参照光の周波数との差を検出することで、測定光の光路長と参照光の光路長との差（光路差）を算出することが可能である。実際の測定においても反射源は固定位置に設けられ、参照光の光路長は一定であるため、前記算出した光路差と参照光の光路長との和から測定光の光路長を算出することができる。従って、受光した測定光の周波数と参照光の周波数との差に基づいて、測定光の光路長、ひいては被測定対象までの距離（測定光の光路長／２）を測定することが可能である。以上のように、ＦＳＦレーザ距離測定装置は、受光した測定光の周波数と参照光の周波数との差に基づいて距離を測定するという原理である。この測定原理に鑑みれば、被測定対象及び反射源で反射したレーザ光が減衰して受光量が過度に小さくならない限り、距離を測定することが可能であるといえる。このため、原理的に、ＦＳＦレーザ距離測定装置は、三角測距を原理とするレーザ距離計に比べて、遠隔的に測定可能であり、一定以上の測定精度を確保しつつ、広い測定レンジが得られるといえる。なお、三角測距を原理とするレーザ距離の場合、測定精度を向上させるには、被測定対象までの距離を近づけたり、測定レンジを狭める必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−８２８５８号公報
【特許文献２】特開平８−２６２１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１や２に記載のＦＳＦレーザ距離測定装置を鉄鋼製品の製造現場にそのまま適用するのは困難である。
前述のように、被測定対象や雰囲気温度が高温であったり、設備の振動が伝達したり、鉄鋼材料を搬送する際のパスライン変動が生じたりすることから、ＦＳＦレーザ距離測定装置を被測定対象からあまりにも離間させる（例えば、１０ｍ等）と、レーザ光の伝搬経路に漂う粉塵の影響やクレーンの侵入等により、安定測定が阻害される。このため、ＦＳＦレーザ距離測定装置を被測定対象にある程度近づける（例えば、数百ｍｍ〜数ｍ）と、圧延機等に起因した振動によるＦＳＦレーザ光源を構成する光学系の位置ずれ、粉塵等による汚れに起因した手入れ頻度の増大や寿命・安定測定期間の短縮、高温の被測定対象からの熱輻射や雰囲気温度の変動による故障や測定誤差の発生等に通じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ＦＳＦレーザ光源を備えた距離測定装置であって、鉄鋼製品の製造現場のような悪環境下で適用したとしても、精度良く被測定対象までの距離を測定することが可能な距離測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明者らは、ＦＳＦレーザ光源や受光素子等の精密機器や参照光を得るための反射源から構成された距離測定装置本体と、距離測定装置本体から出射したレーザ光を被測定対象の表面に投光するための最小限の光学系のみからなる測定ヘッドとを分離し、両者を光ファイバーで連結すると共に、距離測定装置本体を比較的良好な環境下に設置して、測定ヘッドのみを被測定対象にある程度近づける構成を検討した。しかしながら、このような構成を採用したとしても、後述のように、光ファイバーの温度変動に起因して大きな測定誤差が生じることが分かった。
このため、本発明者らは、更に鋭意検討した結果、以下の（１）及び（２）の構成を採用すれば、光ファイバーの温度変動の影響を低減可能であることを知見した。
（１）測定ヘッドの内部にＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を戻り光として反射するための第２の反射源を設ける。
（２）光ファイバーを介して伝送され受光素子で受光した測定光の周波数と、受光素子で受光した参照光の周波数との差に基づき、第１の距離Ｌ１を演算し、光ファイバーを介して伝送され受光素子で受光した戻り光（第２の反射源で反射したレーザ光）の周波数と、受光素子で受光した参照光の周波数との差に基づき、第２の距離Ｌ２を演算し、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算する。
【００１１】
本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、時間に対して周波数が線形に変動するレーザ光を出射するＦＳＦレーザ光源と、前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光の反射光を受光する受光素子と、前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を参照光として反射するための第１の反射源と、距離演算手段とを具備する距離測定装置本体と、被測定対象の表面に対向配置され、内部に前記ＦＳＦレーザ光源から出射したレーザ光を戻り光として反射するための第２の反射源を具備する測定ヘッドと、前記距離測定装置本体と前記測定ヘッドとを連結する光ファイバーとを備え、前記測定ヘッドは、前記距離測定装置本体から出射され、前記光ファイバーを介して伝送されたレーザ光の一部を前記被測定対象の表面に向けて投光すると共に、前記レーザ光の残りの一部が前記第２の反射源で反射した前記戻り光を前記光ファイバーを介して前記距離測定装置本体に向けて伝送し、前記被測定対象の表面に向けて投光され、前記被測定対象の表面で反射したレーザ光を測定光として前記光ファイバーを介して前記距離測定装置本体に向けて伝送し、前記距離演算手段は、前記光ファイバーを介して伝送され前記受光素子で受光した前記測定光の周波数と、前記受光素子で受光した前記参照光の周波数との差に基づき、第１の距離Ｌ１を演算し、前記光ファイバーを介して伝送され前記受光素子で受光した前記戻り光の周波数と、前記受光素子で受光した前記参照光の周波数との差に基づき、第２の距離Ｌ２を演算し、前記第１の距離Ｌ１と前記第２の距離Ｌ２との差を演算することで、前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を算出することを特徴とする距離測定装置を提供する。
【００１２】
本発明によれば、ＦＳＦレーザ光源、受光素子、第１の反射源及び距離演算手段を具備する距離測定装置本体と、第２の反射源を具備する測定ヘッドとが光ファイバーによって連結される。このため、光ファイバーの長さを装置の設置環境に応じた一定以上の長さとすることにより、ＦＳＦレーザ光源や受光素子等の精密機器を具備する距離測定装置本体を比較的良好な環境下に設置する一方、測定ヘッドのみを被測定対象にある程度近づけることが可能である。
【００１３】
また、本発明によれば、距離演算手段によって、光ファイバーを介して伝送され受光素子で受光した測定光（被測定対象の表面で反射したレーザ光）の周波数と、受光素子で受光した参照光（第１の反射源で反射したレーザ光）の周波数との差に基づき、第１の距離Ｌ１が演算される。前述のように、測定光の周波数と参照光の周波数との差を検出することで、測定光の光路長と参照光の光路長との差（光路差）を算出することが可能である。このため、第１の距離Ｌ１は、例えば、測定光と参照光との光路差とされる。また、第１の反射源は固定位置に設けられ、参照光の光路長は一定（第１の反射源の設置位置によって決まる既知の値）であると考えることができるため、前記算出した測定光と参照光との光路差と、既知の値である参照光の光路長との和から測定光の光路長を算出することも可能である。このため、第１の距離Ｌ１を測定光の光路長とすることも可能である。さらに、第１の距離Ｌ１を前記算出した測定光と参照光との光路差や測定光の光路長から演算される距離（例えば、概ね測定光の光路長／２で表わされる被測定対象までの距離）とすることも可能である。そして、第１の距離Ｌ１は、測定光が光ファイバーで伝送されるため、光ファイバーの温度変動の影響を受ける。
また、距離演算手段によって、光ファイバーを介して伝送され受光素子で受光した戻り光（第２の反射源で反射したレーザ光）の周波数と、受光素子で受光した参照光（第１の反射源で反射したレーザ光）の周波数との差に基づき、第２の距離Ｌ２が演算される。この第２の距離Ｌ２は、戻り光の光路長と参照光の光路長との差（光路差）、戻り光の光路長、又は、前記戻り光と参照光の光路差や戻り光の光路長から演算される距離（例えば、概ね戻り光の光路長／２で表わされる第２の反射源までの距離）とされる。そして、第２の距離Ｌ２も、戻り光が光ファイバーで伝送されるため、光ファイバーの温度変動の影響を受ける。
しかしながら、第１の距離Ｌ１を演算するのに用いられる測定光も、第２の距離Ｌ２を演算するのに用いられる戻り光も、同じ光ファイバーで伝送されるため、第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２に対する光ファイバーの温度変動の影響は同等であると考えられる。本発明によれば、距離演算手段が第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算するため、この演算結果については、光ファイバーの温度変動の影響が相殺され、低減するといえる。第１の距離Ｌ１を測定光の光路長とし、第２の距離Ｌ２を戻り光の光路長とした場合には、（Ｌ１−Ｌ２）／２によって、第２の反射源から被測定対象の表面までの距離を算出することが可能である。
【００１４】
以上のように、本発明によれば、距離測定装置本体を比較的良好な環境下に設置する一方、測定ヘッドのみを被測定対象にある程度近づけることが可能であると共に、距離測定装置本体と測定ヘッドとを連結する光ファイバーの温度変動の影響が低減するため、鉄鋼製品の製造現場のような悪環境下で適用したとしても、精度良く被測定対象までの距離を測定することが可能である。
【００１５】
なお、本発明の第１の反射源としては、ミラー等の反射体に限るものではなく、例えば、一端がＦＳＦレーザ光源に連結され他端が受光素子に連結された一定長さのループ状の光ファイバーも含まれる。
また、本発明の第２の反射源としては、測定ヘッド内に位置する光ファイバーのレーザ光投光側の端面に接する空隙の他、測定ヘッド内に設けられた透明な光学系（集光レンズや光学窓など）を例示できる。例えば、第２の反射源を光ファイバーの端面に接する空隙とした場合、光ファイバーと空隙との屈折率が異なるため、距離測定装置本体から光ファイバーを介して伝送されたレーザ光は、空隙と光ファイバーの端面との界面で、透過するレーザ光と反射するレーザ光とに分離されることになる。その結果、空隙と光ファイバーの端面との界面を透過したレーザ光の一部は、被測定対象の表面に向けて投光され、被測定対象の表面で反射して測定光となり、空隙と光ファイバーの端面との界面で反射したレーザ光の残りの一部は、戻り光となる。
【００１６】
好ましくは、前記距離演算手段には、前記測定光の周波数と前記参照光の周波数との差である第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と、前記戻り光の周波数と前記参照光の周波数との差である第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とが設定され、前記距離演算手段は、前記受光素子の受光信号を周波数解析して、前記第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルを抽出し、該抽出した周波数スペクトルのうち、前記第１の周波数領域においてピークとなる周波数を第１のビート周波数として検出し、該検出した第１のビート周波数に基づき第１の距離Ｌ１を演算し、前記第２の周波数領域においてピークとなる周波数を第２のビート周波数として検出し、該検出した第２のビート周波数に基づき第２の距離Ｌ２を演算する。
【００１７】
前述のように、第１の距離Ｌ１を演算するには、測定光の周波数と参照光の周波数との差（第１のビート周波数）を検出し、第２の距離Ｌ２を演算するには、戻り光の周波数と参照光の周波数との差（第２のビート周波数）を検出する必要がある。
第１のビート周波数及び第２のビート周波数を検出するには、受光素子の受光信号を周波数解析して、広範囲に亘る周波数領域（例えば、周波数０Ｈｚから予想される第１のビート周波数までを全て含む周波数領域）で周波数スペクトルを抽出し、該抽出した周波数スペクトルの中からピークとなる２つの周波数を検出して、それぞれ第１のビート周波数及び第２のビート周波数とすることも考えられる。しかしながら、本発明に係る距離測定装置において演算に最も時間を費やすのは、第１のビート周波数及び第２のビート周波数を検出する動作であり、例えば、数十ｍの光ファイバーを用いる場合に、上記のように広範囲に亘る周波数領域（周波数０Ｈｚから予想される第１のビート周波数までを全て含む周波数領域）で周波数スペクトルを抽出するとすれば、極めて多数のデータを用いることになり、演算時間の増大を招くことになる。
【００１８】
上記の好ましい構成によれば、第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とが距離演算手段に設定され、距離演算手段によって、第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルが抽出される。そして、距離演算手段によって、抽出した周波数スペクトルのうち、第１の周波数領域においてピークとなる周波数が第１のビート周波数として検出され、第２の周波数領域においてピークとなる周波数が第２のビート周波数として検出される。すなわち、上記の好ましい構成によれば、広範囲に亘る周波数領域で周波数スペクトルを抽出するのではなく、第１の周波数領域及び第２の周波数領域における周波数スペクトルのみを抽出し、該抽出した周波数スペクトルの中からピークとなる２つの周波数を検出するため、演算時間を短縮可能である。
なお、第１のビート周波数（測定光の周波数と参照光の周波数との差）を検出するための第１の周波数領域は、測定光の光路長が光ファイバーの長さや光ファイバーの端面から被測定対象までの距離の変動範囲に基づいて予測可能であり、参照光の光路長も第１の反射源の位置から予測可能であるため、予測した両光路長の差に対応する周波数（第１のビート周波数に相当する）を含むその近傍の周波数領域として設定可能である。また、第２のビート周波数（戻り光の周波数と参照光の周波数との差）を検出するための第２の周波数領域は、戻り光の光路長が光ファイバーの長さや第２の反射源の位置に基づいて予測可能であり、参照光の光路長も第１の反射源の設置位置から予測可能であるため、予測した両光路長の差に対応する周波数（第２のビート周波数に相当する）を含むその近傍の周波数領域として設定可能である。
【００１９】
本発明に係る距離測定装置は、前述のように、距離測定装置本体と測定ヘッドとが光ファイバーによって連結されているため、ＦＳＦレーザ光源や受光素子等の精密機器を具備する距離測定装置本体を比較的良好な環境下に設置する一方、測定ヘッドのみを被測定対象にある程度近づけることが可能である。
しかしながら、距離測定装置の適用場所によっては、距離測定装置本体を十分に良好な環境下に設置できないこともあり得ると考えられる。また、良好な環境下に設置できたとしても、環境対策を施すことにより、距離測定装置本体に起因した測定誤差の発生の防止に万全を期すことが好ましい。
また、前述のように、本発明に係る距離測定装置によれば、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算することで、光ファイバーの温度変動の影響を低減可能であるものの、光ファイバーの温度変動が極力生じない対策を施すことが好ましいのはいうまでもない。
【００２０】
以上の点より、好ましくは、前記距離測定装置本体を内部に収容する断熱された筐体と、前記光ファイバーが挿入される保護管とを備え、前記筐体には、内部の温度を安定化させる温度安定化手段と、振動を抑制する防振手段とが設けられる。
【００２１】
斯かる好ましい構成によれば、距離測定装置本体が断熱された筐体内に収容される。また、筐体には、温度安定化手段と防振手段とが設けられる。このため、雰囲気温度の変動による測定誤差の発生、振動によるＦＳＦレーザ光源等の精密機器の位置ずれに起因した測定誤差の発生、粉塵等による汚れに起因した測定誤差の発生などを防止可能である。なお、筐体の内部温度の変動は０．３℃以内に抑制されることが好ましい。
また、斯かる好ましい構成によれば、光ファイバーが保護管内に挿入されるため、少なくとも保護管内に挿入される部分については、光ファイバーの温度変動を抑制可能であることが期待できる。
【００２２】
前述のように、本発明に係る距離測定装置は、測定光の周波数と参照光の周波数との差（第１のビート周波数）に基づき、第１の距離Ｌ１を演算し、戻り光の周波数と参照光の周波数との差（第２のビート周波数）に基づき、第２の距離Ｌ２を演算し、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算することで、第２の反射源から被測定対象の表面までの距離を算出している。
第１のビート周波数は、測定光の光路長と参照光の光路長との差に対応するが、被測定対象の表面の位置が変動することによって少なくとも測定光の光路長が変動するため、測定タイミング毎に検出せざるを得ない。すなわち、第１のビート周波数に基づき演算される第１の距離Ｌ１は、測定タイミング毎に演算せざるを得ない。
一方、第２のビート周波数は、戻り光の光路長と参照光の光路長との差に対応するため、戻り光の光路長及び参照光の光路長が安定している限りにおいて、必ずしも測定タイミング毎に検出する必要はないと考えられる。特に、前述のように、距離測定装置本体や光ファイバーに環境対策を施した好ましい構成であれば、戻り光の光路長及び参照光の光路長が安定することが期待できる。また、格段の環境対策を施していない構成であったとしても、第２のビート周波数の検出ピッチを比較的短くすれば、急激な温度変動等が生じない限り、測定タイミング毎に検出する必要はないと考えられる。すなわち、第２のビート周波数に基づき演算される第２の距離Ｌ２は、必ずしも測定タイミング毎に演算する必要が無いと考えられる。
前述のように、本発明に係る距離測定装置において演算に最も時間を費やすのは、第１のビート周波数及び第２のビート周波数を検出する動作であるため、第２のビート周波数を検出する動作の回数を低減できれば（第２の距離Ｌ２を演算する回数を低減できれば）、その分だけ演算時間を短縮できるという利点が得られる。
【００２３】
以上の点より、好ましくは、前記距離演算手段は、所定の測定タイミングで演算した前記第１の距離Ｌ１及び前記第２の距離Ｌ２のうち前記第２の距離Ｌ２を記憶し、次の測定タイミングから予め定めた所定の測定タイミングまでは、前記第１の距離Ｌ１を演算すると共に、前記第２の距離Ｌ２を演算せずに前記記憶した第２の距離Ｌ２を用いて、前記演算した第１の距離Ｌ１と前記記憶した第２の距離Ｌ２との差を演算することで、前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を算出する。
【００２４】
斯かる好ましい構成によれば、第２の距離Ｌ２を記憶した測定タイミングの次の測定タイミングから予め定めた所定の測定タイミング（例えば、１０回以上後の測定タイミング）までは、第２の距離Ｌ２を演算することなく、第２の反射源から被測定対象の表面までの距離を算出することが可能であるため、演算時間を短縮可能である。
【００２５】
ここで、被測定対象の表面における複数の異なる部位までの距離を同一のタイミングで測定しなければらないケースは多数存在する。例えば、鋼管の肉厚を測定するには、鋼管の内外面の双方までの距離を測定する必要がある。特に、両管端部の肉厚を測定するには、最低４箇所の異なる部位までの距離を測定する必要がある。また、スラブや厚板の幅を測定するには、幅方向に対向する表面までの距離を幅方向の両側から測定する必要がある。さらに、Ｈ型鋼やＩビームのフランジの厚み等を測定する場合にも、複数の異なる部位までの距離を同一のタイミングで測定する必要がある。
本発明に係る距離測定装置を用いて、上記のように、被測定対象の表面における複数の異なる部位までの距離を測定する場合、距離を測定する部位の数と同数の距離測定装置を用意することも考えられる。すなわち、それぞれ測定部位の数と同数の測定ヘッド、光ファイバー及び距離測定装置を用意することも考えられる。しかしながら、距離測定装置本体、特に、音響光学素子が設けられた共振器を有するＦＳＦレーザ光源や、ビート周波数を検出するための高速な回路を具備する距離演算手段などが非常に高額であるため、測定部位の数と同数の距離測定装置本体を用意するのは、測定部位の数が多くなればなるほどコスト面で現実的ではない。また、メンテナンス性が悪化するという問題もある。
したがって、複数の異なる部位までの距離を同一のタイミングで測定する必要がある場合、コストやメンテナンス性を考慮すれば、測定ヘッド及び光ファイバーについては距離を測定する部位の数と同数であったとしても、距離測定装置本体については各測定ヘッドが共有できる構成とすることが好ましい。
【００２６】
以上の点より、好ましくは、本発明に係る距離測定装置は、被測定対象の表面の異なる部位にそれぞれ対向配置される複数の前記測定ヘッドと、前記距離測定装置本体と前記複数の測定ヘッドとをそれぞれ連結する複数の前記光ファイバーと、前記距離測定装置本体と前記複数の光ファイバーとの間に介在する光マルチプレクサと、前記光マルチプレクサを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記光マルチプレクサを制御して、前記距離測定装置本体に連結する前記複数の各光ファイバーを順次切り替えることで、前記距離測定装置本体と前記複数の各測定ヘッドとを順次連結させ、前記距離演算手段は、前記距離測定装置本体と連結した前記各測定ヘッドが具備する前記第２の反射源から前記被測定対象の表面までの距離を順次算出する。
【００２７】
斯かる好ましい構成によれば、複数の測定ヘッド及び複数（測定ヘッドと同数）の光ファイバーを備え、光マルチプレクサによって、距離測定装置本体に連結する複数の各光ファイバーが順次切り替えられることで、距離測定装置本体と複数の各測定ヘッドとが順次連結することになる。距離測定装置本体と連結した測定ヘッドが具備する第２の反射源から被測定対象の表面までの距離を算出する動作は、前述したものと同様である。
すなわち、斯かる好ましい構成によれば、光マルチプレクサによって、単一の距離測定装置本体と連結する各測定ヘッドが順次切り替えられ、各測定ヘッドに対向する被測定対象の表面までの距離が時分割で算出されることになる。
したがって、測定部位の数（測定ヘッド及び光ファイバーの数）と同数の距離測定装置本体を備えることによるコストの増大やメンテナンス性の悪化を来すことなく、複数の測定部位までの距離を同じ測定タイミングで測定可能である。なお、厳密には光マルチプレクサの切り替えピッチに応じて各測定部位までの距離の算出タイミングにズレが生じるものの、切り替えピッチは１ｍｓ程度に設定可能であるため、問題とはならない。
なお、距離測定装置本体と複数の測定ヘッドとをそれぞれ連結する複数の光ファイバーの長さをそれぞれ異なるものとすることにより、各測定ヘッドについて演算される第２の距離Ｌ２も光ファイバーの長さの違いに応じて異なるものとなる。従って、演算される第２の距離Ｌ２によって、算出した距離（第２の反射源から被測定対象の表面までの距離）がどの測定ヘッドで得られた測定値であるのかを同定することも可能である。
【００２８】
上記の好ましい構成（光マルチプレクサによって時分割で距離を測定する構成）においても、演算時間を短縮する上で、前述したのと同様に、第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とを距離演算手段に設定し、距離演算手段によって、第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルを抽出し、抽出した周波数スペクトルのうち、第１の周波数領域においてピークとなる周波数を第１のビート周波数として検出し、第２の周波数領域においてピークとなる周波数を第２のビート周波数として検出することが好ましい。
ただし、上記の好ましい構成は、複数の測定ヘッドを備えており、各測定ヘッド毎に、連結している光ファイバーの長さや被測定対象までの距離が異なると考えられる。このため、各測定ヘッド毎に、第１のビート周波数（測定光の光路長と参照光の光路長の差に対応する周波数）及び第２のビート周波数（戻り光の光路長と参照光の光路長の差に対応する周波数）も異なることになる。
従い、上記の好ましい構成では、第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と、第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とを、各測定ヘッド毎に設定する必要がある。
【００２９】
すなわち、光マルチプレクサによって時分割で距離を測定する構成において、好ましくは、前記距離演算手段には、前記測定光の周波数と前記参照光の周波数との差である第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域と、前記戻り光の周波数と前記参照光の周波数との差である第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域とが、前記各測定ヘッド毎に該各測定ヘッドに対応付けて設定されており、前記距離演算手段は、前記制御手段から前記距離測定装置本体と連結した前記測定ヘッドの情報を受信し、該情報を受信した測定ヘッドについて得られた前記受光素子の受光信号を周波数解析して、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第１の周波数領域及び前記第２の周波数領域における周波数スペクトルを抽出し、該抽出した周波数スペクトルのうち、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第１の周波数領域においてピークとなる周波数を第１のビート周波数として検出し、該検出した第１のビート周波数に基づき第１の距離Ｌ１を演算し、前記情報を受信した測定ヘッドに対応付けて設定された前記第２の周波数領域においてピークとなる周波数を第２のビート周波数として検出し、該検出した第２のビート周波数に基づき第２の距離Ｌ２を演算する。
【００３０】
斯かる好ましい構成によれば、光マルチプレクサによって時分割で距離を測定する構成において、演算時間を短縮可能である。
【発明の効果】
【００３１】
以上に説明したように、本発明によれば、鉄鋼製品の製造現場のような悪環境下で適用したとしても、精度良く被測定対象までの距離を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す距離測定装置と近似した構成を有する距離測定装置を用いて実施した、光ファイバーの温度変動に応じて距離測定値がどのように変動するかを評価する試験の概要を説明する説明図である。
【図３】図３は、図２に示す評価試験で得られた評価結果の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、図２に示す評価試験で得られた評価結果の他の例を示すグラフである。
【図５】図５は、図１に示す距離演算手段が実行する第１のビート周波数及び第２のビート周波数の検出方法を説明する説明図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７は、図２に示す距離測定装置を用いて実施した、距離測定装置本体の温度変動に応じて距離測定値がどのように変動するかを評価した試験の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、図２に示す距離測定装置が備える距離測定装置本体に環境対策を施すことで、距離測定装置本体の温度と距離測定値とがどのように変動するかを評価した試験の結果を示すグラフである。
【図９】図９は、図６に示す距離測定装置が備える距離演算手段が実行する第１のビート周波数及び第２のビート周波数の検出方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
＜第１の実施形態＞
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る距離測定装置１００は、距離測定装置本体１と、被測定対象Ｍの表面に対向配置され、内部に距離測定装置本体１（具体的には、後述のＦＳＦレーザ光源１１）から出射したレーザ光を戻り光として反射するための第２の反射源Ｒ２を具備する測定ヘッド２と、距離測定装置本体１と測定ヘッド２とを連結する光ファイバー３（以下、他の光ファイバーと区別するため、適宜、「測定ヘッド連結用光ファイバー３」という）とを備える。本実施形態に係る距離測定装置１００は、単一の測定ヘッド２を備える。
【００３４】
距離測定装置本体１は、時間に対して周波数が線形に変動するレーザ光を出射するＦＳＦレーザ光源（周波数シフト帰還型レーザ光源）１１と、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光の反射光を受光する受光素子１２と、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光を参照光として反射するための第１の反射源Ｒ１と、距離演算手段１３とを具備する。さらに、本実施形態の距離測定装置本体１は、２つのビームスプリッタ１４、１７と、２つの集光レンズ１５、１６と、２本の光ファイバ１８、１９と、光サーキュレータ２０とを備える。
【００３５】
ＦＳＦレーザ光源１１は、内部に音響光学素子（図示せず）が設けられた共振器（図示せず）を有する。このため、レーザ光が共振器内を周回する毎に、音響光学素子によってレーザ光の周波数が変調される。その結果、ＦＳＦレーザ光源１１は、時間に対して周波数が線形に変動するレーザ光を出射する。なお、図１では、レーザ光を破線で示しており、破線上に示される矢印はレーザ光が伝搬する向きを意味する。
【００３６】
ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ１４に投光される。ビームスプリッタ１４に投光されたレーザ光の一部は、ビームスプリッタ１４を透過して、集光レンズ１５に投光され、集光レンズ１５で集光された後、光ファイバー１８の端面で受光される。光サーキュレータ２０は、光ファイバー１８が連結された第１ポート２０１と、光ファイバー１９が連結された第２ポート２０２と、測定ヘッド連結用光ファイバー３が連結された第３ポート２０３とを具備する。光サーキュレータ２０は、光ファイバー１８を介して第１ポート２０１に伝送されたレーザ光を第３ポート２０３から測定ヘッド連結用光ファイバー３に伝送する。
一方、ビームスプリッタ１４で反射したレーザ光は、第１の反射源Ｒ１に向けて投光される。第１の反射源Ｒ１で反射したレーザ光（参照光）は、ビームスプリッタ１４を透過し、ビームスプリッタ１７で反射して、受光素子１２で受光される。
【００３７】
なお、本実施形態では、上記のように、ビームスプリッタ１４を透過したレーザ光を光サーキュレータ２０の第１ポート２０１に伝送し、ビームスプリッタ１４で反射したレーザ光を第１の反射源Ｒ１で反射させる構成としているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、一端をＦＳＦレーザ光源１１に連結させて他端を２本に分岐した光ファイバーを用い、この光ファイバーの他端の一方を第１ポート２０１に連結させ、他端の他方をループさせて受光素子１２に連結させる構成を採用することも可能である。
【００３８】
本実施形態の測定ヘッド２には、測定ヘッド連結用光ファイバー３の一方の端部が挿通されている。また、本実施形態の測定ヘッド２は、集光レンズ２１を具備する。測定ヘッド２は、距離測定装置本体１から出射され、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して伝送されたレーザ光の一部を被測定対象Ｍの表面に向けて投光する。具体的には、測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面（レーザ光投光側の端面）から出射したレーザ光の一部が集光レンズ２１により集光された後、被測定対象Ｍの表面に向けて投光される。被測定対象Ｍの表面で反射したレーザ光（測定光）は、集光レンズ２１により集光された後、測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面で受光され、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して距離測定装置本体１に向けて伝送される。
【００３９】
本実施形態の測定ヘッド２が具備する第２の反射源Ｒ２は、測定ヘッド連結用光ファイバー３のレーザ光投光側の端面に接する空隙とされている。測定ヘッド連結用光ファイバー３と空隙との屈折率が異なるため、測定ヘッド連結用光ファイバー３から出射したレーザ光は、空隙と測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面との界面で、透過するレーザ光と反射するレーザ光とに分離されることになる。その結果、空隙と測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面との界面を透過したレーザ光の一部は、前述のように、被測定対象Ｍの表面に向けて投光され、被測定対象Ｍの表面で反射して測定光となり、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して距離測定装置本体１に向けて伝送される。空隙と測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面との界面で反射したレーザ光の残りの一部は、戻り光となり、測定光と同じく、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して距離測定装置本体１に向けて伝送される。このため、測定ヘッド連結用光ファイバー３の少なくともレーザ光投光側の端面（研磨面）は、光軸に対して傾斜した面や球面ではなく、光軸に対して直角な面とすることが望ましい。
【００４０】
測定ヘッド連結用光ファイバー３は、測定光及び戻り光を光サーキュレータ２０の第３ポート２０３に伝送する。光サーキュレータ２０は、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して第３ポート２０３に伝送された測定光及び戻り光を第２ポート２０２から出射する。第２ポート２０２から出射した測定光及び戻り光は、光ファイバー１９に伝送される。光ファイバー１９から出射した測定光及び戻り光は、集光レンズ１６で集光された後、ビームスプリッタ１７を透過して、受光素子１２で受光される。
【００４１】
以上のようにして、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光が第１の反射源Ｒ１で反射した参照光、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光が第２の反射源Ｒ２で反射した戻り光、及び、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光が被測定対象Ｍで反射した測定光のいずれもが受光素子１２で受光されることになる。
【００４２】
距離演算手段１３は、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して伝送され受光素子１２で受光した測定光の周波数と、受光素子１２で受光した参照光の周波数との差（第１のビート周波数）を検出し、この第１のビート周波数に基づき、第１の距離Ｌ１を演算する。第１のビート周波数を検出することで、測定光の光路長と参照光の光路長との差（光路差）を算出することが可能であるため、第１の距離Ｌ１は、例えば、測定光の光路長として算出される。具体的には、参照光は、ＦＳＦレーザ光源１１から出射され固定位置に設けられた第１の反射源Ｒ１で反射したレーザ光であるため、参照光の光路長は一定（既知の値）であると考えることができる。このため、前記算出した測定光と参照光との光路差と、既知の値である参照光の光路長との和から測定光の光路長を算出することが可能である。第１の距離Ｌ１は、測定光が測定ヘッド連結用光ファイバー３で伝送されるため、後述のように、測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響を受ける。
【００４３】
同様にして、距離演算手段１３は、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して伝送され受光素子１２で受光した戻り光の周波数と、受光素子１２で受光した参照光の周波数との差（第２のビート周波数）を検出し、この第２のビート周波数に基づき、第２の距離Ｌ２を演算する。第２のビート周波数を検出することで、戻り光の光路長と参照光の光路長との差（光路差）を算出することが可能であるため、第２の距離Ｌ１は、例えば、戻り光の光路長として算出される。具体的には、前記算出した戻り光と参照光との光路差と、既知の値である参照光の光路長との和から戻り光の光路長を算出することが可能である。第２の距離Ｌ２も、戻り光が測定ヘッド連結用光ファイバー３で伝送されるため、後述のように、測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響を受ける。
【００４４】
以下、測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響について具体的に説明する。
図２は、図１に示す距離測定装置１００と近似した構成を有する距離測定装置１００Ａを用いて実施した、測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動に応じて距離測定値がどのように変動するかを評価する試験の概要を説明する説明図である。なお、図２では、レーザ光を破線で示しており、破線上に示される矢印はレーザ光が伝搬する向きを意味する。また、図２において、距離測定装置１００Ａが備える距離測定装置１００と同様の構成要素には、距離測定装置１００が備える構成要素に付した符号と同一の符号を付している。
【００４５】
図２に示すように、評価用の距離測定装置１００Ａは、距離測定装置１００と近似した構成を有するが、距離測定装置１００が単一の測定ヘッド２を備えるのに対し、２つの測定ヘッド２を備える点で異なる。距離測定装置１００Ａは、２つの測定ヘッド２を備えるのに伴い、各測定ヘッド２にそれぞれ連結する２本の連結用光ファイバー３、３’を備える。また、ビームスプリッタ１４、１７、集光レンズ１５、１６、光ファイバ１８、１９、光サーキュレータ２０、及び、受光素子１２も、各測定ヘッド２毎に設けられている。ＦＳＦレーザ光源１１については、距離測定装置１００と同様に単一であり、ＦＳＦレーザ光源１１から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ（図示せず）によって分岐され、各測定ヘッド２に対応して設けられた各ビームスプリッタ１４に投光される。距離測定装置１００Ａのその他の構成や動作については、距離測定装置１００と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
評価試験では、距離測定装置１００Ａを用いて、固定位置に設けられたサンプルまでの距離を測定した。測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の長さは双方共に１５ｍであり、その内の１０ｍを恒温槽の内部に収容した。距離測定装置本体１’は、断熱された筐体内に収容し、筐体内部の温度を安定化させた。そして、恒温槽の温度を３０〜７０℃の範囲で変動させてサンプルまでの距離を測定した。この際、戻り光を用いずに測定光及び参照光のみを用いた距離演算（評価１）と、戻り光、測定光及び参照光を用いた距離演算（評価２）の双方を実施した。
【００４７】
＜評価１＞
距離演算手段１３で演算した第１の距離Ｌ１（測定光の光路長）に基づき、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の端面からサンプルまでの距離）を算出した。具体的には、第１の距離Ｌ１から、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の長さなど測定光が伝搬する光路の実寸法を減算し、これを２で除算することにより、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離を算出した。
図３は、この評価１で得られた測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度と測定値の変動量との関係を示すグラフである。横軸は恒温槽の温度（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度）を示し、縦軸は恒温槽の温度が３０℃のときに得られた測定値を基準としたときの各温度での測定値の変動量を示す。図３には、測定ヘッド連結用光ファイバー３（ｃｈ１）と測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）とを用いて得られた測定値の変動量をそれぞれプロットしている。
【００４８】
図３に示すように、恒温槽の温度（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度）の変動に応じて、測定値が変動している。具体的には、測定ヘッド連結用光ファイバー３（ｃｈ１）では０．３１ｍｍ／℃、測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）では０．２５ｍｍ／℃の変動が生じることがわかった。この変動量は、用いる光ファイバーの長さに比例すると考えられる。また、２本の測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’は同じ長さであるにも関わらず、変動特性（温度と測定値の変動量との関係を示す近似直線の傾き）に差が生じている。
光ファイバーの温度変動に伴う測定値の変動要因（測定光の伝搬時間の変動要因）としては、光ファイバーの屈折率が温度変動に伴って変動することの他、光ファイバーの外面コーティングの熱膨張等に起因した歪の影響が考えられる。これらの変動要因を長い光ファイバーの全長に亘って完全に抑制することは困難である。
測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度を検出し、図３に示すような温度と測定値の変動量との関係（近似直線）を検量線として用いて測定値を補正することで、温度変動の影響を低減することも考えられる。しかしながら、測定ヘッド連結用光ファイバー３（ｃｈ１）と測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）とで検量線が異なるのと同様に、同一の光ファイバーの中でも温度変動箇所毎にこの検量線が異なる可能性がある。そのため精度の良い補正を行うことは困難である。
【００４９】
＜評価２＞
距離演算手段１３で演算した第１の距離Ｌ１（測定光の光路長）と第２の距離Ｌ２（戻り光の光路長）との差に基づき、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の端面からサンプルまでの距離）を算出した。具体的には、（Ｌ１−Ｌ２）／２によって、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離を算出した。
図４は、この評価２で得られた測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度と測定値との関係を示すグラフである。横軸は恒温槽の温度（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度）を示し、縦軸は、（Ｌ１−Ｌ２）／２によって算出した第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離を示す。図４には、測定ヘッド連結用光ファイバー３（ｃｈ１）と測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）とを用いて得られた測定値をそれぞれプロットしている。
【００５０】
図４に示すように、恒温槽の温度（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度）が３０℃〜７０℃まで４０℃変動しても、測定値の変動は０．０７ｍｍ以内に抑制された。なお、この測定値の変動量は、後述のように、距離測定装置本体１’の温度変動に起因した測定値の変動量によく対応している。従って、図４に示す測定値の変動量は、距離測定装置本体１’の温度変動に起因したものが主であり、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度変動に起因した測定値の変動はこれより十分に抑制できていると考えることもできる。いずれにせよ、距離測定装置本体１’の温度変動に起因した測定値の変動量と、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度変動に起因した測定値の変動量とを併せても、０．０７ｍｍ以内に抑制されることが確認できた。
【００５１】
以上に説明した評価試験の結果を踏まえて、図１に示す本実施形態に係る距離測定装置１００が具備する距離演算手段１３は、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差を演算することで、第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離を算出するように構成されている。
【００５２】
以上に説明した構成を有する本実施形態に係る距離測定装置１００によれば、ＦＳＦレーザ光源１１、受光素子１２、第１の反射源Ｒ１及び距離演算手段１３を具備する距離測定装置本体１と、第２の反射源Ｒ２を具備する測定ヘッド２とが測定ヘッド連結用光ファイバー３によって連結される。このため、測定ヘッド連結用光ファイバー３の長さを装置１００の設置環境に応じた一定以上の長さとすることにより、ＦＳＦレーザ光源１１や受光素子１２等の精密機器を具備する距離測定装置本体１を比較的良好な環境下に設置する一方、測定ヘッド２のみを被測定対象Ｍにある程度近づけることが可能である。
また、本実施形態に係る距離測定装置１００によれば、距離演算手段１３によって、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して伝送され受光素子１２で受光した測定光（被測定対象Ｍの表面で反射したレーザ光）の周波数と、受光素子１２で受光した参照光（第１の反射源Ｒ１で反射したレーザ光）の周波数との差に基づき、第１の距離Ｌ１（測定光の光路長）が演算される。また、距離演算手段１３によって、測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して伝送され受光素子１２で受光した戻り光（第２の反射源Ｒ２で反射したレーザ光）の周波数と、受光素子１２で受光した参照光（第１の反射源Ｒ１で反射したレーザ光）の周波数との差に基づき、第２の距離Ｌ２（戻り光の光路長）が演算される。
第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２は、双方共に測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響を受けるものの、第１の距離Ｌ１を演算するのに用いられる測定光も、第２の距離Ｌ２を演算するのに用いられる戻り光も、同じ測定ヘッド連結用光ファイバー３で伝送されるため、第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２に対する測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響は同等であると考えられる。
本実施形態に係る距離測定装置１００によれば、距離演算手段１３によって、第１の距離Ｌ１と第２の距離Ｌ２との差が演算され、この演算結果に基づき、第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離が算出される。上記の演算結果については、測定ヘッド連結用光ファイバー３の温度変動の影響が相殺されて低減するといえるため、この演算結果に基づき算出される第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離は、前述した図４に示す評価結果からもわかるように、温度変動の影響が低減されたものとなる。
【００５３】
以下、本実施形態の距離演算手段１３が実行する第１のビート周波数及び第２のビート周波数の検出方法について説明する。
図５は、距離演算手段１３が実行する第１のビート周波数及び第２のビート周波数の検出方法を説明する説明図である。
前述のように、第１の距離Ｌ１を演算するには、測定光の周波数と参照光の周波数との差（第１のビート周波数）を検出し、第２の距離Ｌ２を演算するには、戻り光の周波数と参照光の周波数との差（第２のビート周波数）を検出する必要がある。
図５に示すように、距離演算手段１３には、第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域Ａ１と、第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域Ａ２とが設定されている。第１のビート周波数を検出するための第１の周波数領域Ａ１は、測定光の光路長が測定ヘッド連結用光ファイバー３の長さや測定ヘッド連結用光ファイバー３の端面から被測定対象Ｍまでの距離の変動範囲に基づいて予測可能であり、参照光の光路長も第１の反射源Ｒ１の位置から予測可能であるため、予測した両光路長の差に対応する周波数（第１のビート周波数に相当する）を含むその近傍の周波数領域として設定可能である。また、第２のビート周波数を検出するための第２の周波数領域Ａ２は、戻り光の光路長が測定ヘッド連結用光ファイバー３の長さや第２の反射源Ｒ２の位置に基づいて予測可能であり、参照光の光路長も第１の反射源Ｒ１の設置位置から予測可能であるため、予測した両光路長の差に対応する周波数（第２のビート周波数に相当する）を含むその近傍の周波数領域として設定可能である。
【００５４】
距離演算手段１３は、受光素子１２の受光信号を周波数解析して、図５に示すように、第１の周波数領域Ａ１及び第２の周波数領域Ａ２における周波数スペクトルを抽出する。そして、距離演算手段１３は、該抽出した周波数スペクトルのうち、第１の周波数領域Ａ１においてピークとなる周波数を第１のビート周波数ｆ１として検出し、該検出した第１のビート周波数ｆ１に基づき第１の距離Ｌ１を演算する。また、距離演算手段１３は、第２の周波数領域Ａ２においてピークとなる周波数を第２のビート周波数ｆ２として検出し、該検出した第２のビート周波数ｆ２に基づき第２の距離Ｌ２を演算する。
【００５５】
以上のように、本実施形態の距離演算手段１３は、広範囲に亘る周波数領域で周波数スペクトルを抽出するのではなく、第１の周波数領域Ａ１及び第２の周波数領域Ａ２における周波数スペクトルのみを抽出し、該抽出した周波数スペクトルの中からピークとなる２つの周波数を第１のビート周波数ｆ１及び第２のビート周波数ｆ２として検出するため、演算時間を短縮可能である。
【００５６】
なお、第１のビート周波数ｆ１は、測定光の光路長と参照光の光路長との差に対応するが、被測定対象Ｍの表面の位置が変動することによって少なくとも測定光の光路長が変動するため、測定タイミング毎に検出せざるを得ない。すなわち、第１のビート周波数ｆ１に基づき演算される第１の距離Ｌ１は、測定タイミング毎に演算せざるを得ない。
一方、第２のビート周波数ｆ２は、戻り光の光路長と参照光の光路長との差に対応するため、戻り光の光路長及び参照光の光路長が安定している限りにおいて、必ずしも測定タイミング毎に検出する必要はないと考えられる。特に、後述する第２の実施形態のように、距離測定装置本体１や測定ヘッド連結用光ファイバー３に環境対策を施した好ましい構成であれば、戻り光の光路長及び参照光の光路長が安定することが期待できる。また、格段の環境対策を施していない構成であったとしても、第２のビート周波数ｆ２の検出ピッチを比較的短くすれば、急激な温度変動等が生じない限り、測定タイミング毎に検出する必要はないと考えられる。すなわち、第２のビート周波数ｆ２に基づき演算される第２の距離Ｌ２は、必ずしも測定タイミング毎に演算する必要が無いと考えられる。
本実施形態に係る距離測定装置１００において演算に最も時間を費やすのは、第１のビート周波数ｆ１及び第２のビート周波数ｆ２を検出する動作であるため、第２のビート周波数ｆ２を検出する動作の回数を低減できれば（第２の距離Ｌ２を演算する回数を低減できれば）、その分だけ演算時間を短縮できるという利点が得られる。
【００５７】
以上の点より、本実施形態の距離演算手段１３は、所定の測定タイミングで演算した第１の距離Ｌ１及び第２の距離Ｌ２のうち第２の距離Ｌ２を記憶し、次の測定タイミングから予め定めた所定の測定タイミングまでは、第１の距離Ｌ１を演算すると共に、第２の距離Ｌ２を演算せずに前記記憶した第２の距離Ｌ２を用いて、演算した第１の距離Ｌ１と前記記憶した第２の距離Ｌ２との差を演算することで、第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離を算出することも可能なように構成されている。
上記のようにして距離を算出すれば、第２の距離Ｌ２を記憶した測定タイミングの次の測定タイミングから予め定めた所定の測定タイミング（例えば、１０回以上後の測定タイミング）までは、第２の距離Ｌ２を演算することなく、第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離を算出することが可能であるため、演算時間をより一層短縮可能である。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第２の実施形態に係る距離測定装置について説明する。なお、第１の実施形態に係る距離測定装置１００と同様の構成要素についての説明は省略し、主として第１の実施形態と異なる構成要素について説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る距離測定装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂが備える距離測定装置１００と同様の構成要素には、距離測定装置１００が備える構成要素に付した符号と同一の符号を付している。
図６に示すように、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂは、距離測定装置本体１と、被測定対象Ｍ（図６に示す例は鋼管）の表面の異なる部位（図６に示す例は鋼管の内外面）にそれぞれ対向配置される複数（図６に示す例は２つ）の測定ヘッド２と、距離測定装置本体１と複数の測定ヘッド２とをそれぞれ連結する複数（図６に示す例は２本）の測定ヘッド連結用光ファイバー３と、距離測定装置本体１と複数の測定ヘッド連結用光ファイバー３との間に介在する光マルチプレクサ６と、光マルチプレクサ６を制御する制御手段７（例えば、所定の制御プラグラムがインストールされたパーソナルコンピュータ）とを備える。
【００５９】
また、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂは、距離測定装置本体１を内部に収容する（本実施形態では光マルチプレクサ６も収容している）断熱された筐体４と、測定ヘッド連結用光ファイバー３が挿入される保護管５とを備える。筐体４には、内部の温度を安定化させる温度安定化手段４１と、振動を抑制する防振手段４２とが設けられている。
【００６０】
以上のように、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂは、主として、測定ヘッド２を複数備え、これに伴い、複数の測定ヘッド連結用光ファイバー３、光マルチプレクサ６及び制御手段７を備える点と、距離測定装置本体１及び測定ヘッド連結用光ファイバー３に環境対策が施されている点とが、第１の実施形態に係る距離測定装置１００と異なる。以下、最初に、環境対策について具体的に説明する。
【００６１】
前述のように、距離測定装置１００Ｂが備える筐体４は断熱されている。具体的には、筐体４の周囲が断熱材で覆われており、風や熱放射の急激な変動等の影響が抑制されている。また、筐体４は、外部と連通する箇所を除いて極力密閉し、粉塵の侵入を抑制することが望ましい。
【００６２】
筐体４に設けられる温度安定化手段４１は、距離測定装置本体１自体の発熱による温度上昇を抑制し、筐体４内部の温度を安定化させるものである。具体的には、温度安定化手段４１として、ペルチェクーラーや、水を用いたチラーを利用することが考えられる。また、筐体４の内部温度を均一化するため、筐体４内部の空気を攪拌するファンを設けたり、急激な温度変動を抑制するため、筐体４内に金属の塊などを収容して熱容量を大きくすることや、距離測定装置本体１を厚めの熱伝導の良い金属板（例えば、厚み２０ｍｍのアルミ板）の上に設置することも有効であると考えられる。温度安定化手段４１は、距離測定装置本体１又は筐体４内の別の代表点に設置した温度計（熱電対や測温抵抗体など）の出力をフィードバックして、出力が一定となるように制御することが望ましい。このようにして、後述のように、距離測定装置本体１の温度変動を０．５℃以下に抑制することが好ましく、０．３℃以下に抑制することがより好ましい。
【００６３】
筐体４に設けられる防振手段４２としては、空気バネや防振ゴム等を用い、周波数の高い振動や衝撃を抑制する一方、１Ｈｚ以下のゆっくりとした振動は許容する防振台を用い、この防振台に筐体４を載置することを例示できる。
【００６４】
測定ヘッド連結用光ファイバー３が挿入される保護管５としては、金属管、樹脂管、樹脂と金属との複合管などを例示でき、適用場所に応じて選ぶことが可能である。落下物から測定ヘッド連結用光ファイバー３を保護する強度を確保すると共に保温性を高めるという点では、保護管５として樹脂と金属との複合管を用いることが好ましい。また、金属管の外面を断熱材で覆ったり、金属管の内側にコイル状のスプリングを挿入し、このスプリングの内側に測定ヘッド連結用光ファイバー３を挿入することで、測定ヘッド連結用光ファイバー３と金属管内面との接触面積を抑制することも考えられる。さらには、保護管５内に温度調整した空気を流すことや温度調整した水配管を設置することも考えられる。保護管５は、測定ヘッド連結用光ファイバー３の全長に亘って設けても良いが、温度変動が大きいと考えられる箇所にのみ設けることも可能である。
例えば、測定ヘッド連結用光ファイバー３として、外径３ｍｍ程度の樹脂被覆（例えば、比熱１．５ｋＪ／ｋｇ・Ｋ、密度１．２ｇ／ｃｍ３）を施したものを単体で用いた場合と、その測定ヘッド連結用光ファイバー３を内径１６．１ｍｍ、外径２１．７ｍｍの鋼管からなる保護管５に挿入した場合とで、単位長さあたりの熱容量を比較すると、測定ヘッド連結用光ファイバー３単体に比べて保護管の熱容量は４５倍以上となる。従って、保護管５を用いることで温度変動の影響を大きく低減可能である。
【００６５】
図７は、図２に示す距離測定装置１００Ａを用いて実施した、距離測定装置本体１’の温度変動に応じて距離測定値がどのように変動するかを評価した試験の結果を示すグラフである。横軸は距離測定装置本体１’の温度を示し、縦軸は測定開始時点を基準としたときの各温度での測定値の変動量を示す。図７には、測定ヘッド連結用光ファイバー３（ｃｈ１）と測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）とを用いて得られた測定値の変動量をそれぞれプロットしている。
この評価試験では、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の長さは双方共に５ｍとし、エアコンの設定温度を変更することで距離測定装置本体１’の設置場所の雰囲気温度を変動させながら、距離演算手段１３で演算した第１の距離Ｌ１（測定光の光路長）に基づき、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離（測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の端面からサンプルまでの距離）を算出した。具体的には、第１の距離Ｌ１から、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の長さなど測定光が伝搬する光路の実寸法を減算し、これを２で除算することにより、第２の反射源Ｒ２からサンプルまでの距離を算出した。
【００６６】
図７に示すように、距離測定装置本体１’の温度変動に応じて、測定値が変動している。具体的には、いずれの測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’を用いた場合も、０．２ｍｍ／℃の変動が生じることがわかった。これは、距離測定装置本体１’における参照光の光路の変動や、ＦＳＦレーザ光源１１が有する共振器の長さの変動が要因であると考えられる。前述した図３に示す結果は、長さ１５ｍの測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の温度変動に起因した測定値の変動が支配的であり、測定ヘッド連結用光ファイバー３、３’の長さに応じて測定値の変動量も変化する。これに対し、図７に示す結果は、距離測定装置本体１’の温度変動に起因した測定値の変動である。
この測定値の変動を０．１ｍｍ以内に抑制するには、距離測定装置本体１’の温度変動を０．５℃以内に制御する必要があることがわかる。さらに、第１及び第２の実施形態に係る距離測定装置１００、１００Ｂの１回の測定毎（１ｋＨｚ）の測定値のバラツキがσ≒０．０５ｍｍになることを考慮すれば、距離測定装置本体１’の温度変動に起因した測定値の変動は、少なくとも上記バラツキと同等程度又はそれ未満に抑制することが望ましい。従って、距離測定装置本体１’の温度変動は、０．０５／（０．２ｍｍ／℃）≒０．３℃以内に抑制することが望ましい。
【００６７】
図８は、図２に示す距離測定装置１００Ａが備える距離測定装置本体１’を、図７に示す断熱された筐体４と同様の筐体内に収容し、図７に示す温度安定化手段４１と同様に筐体内部の温度を一定に制御した状態で、距離測定装置本体１’の温度と距離測定値とがどのように変動するかを評価した試験の結果を示すグラフである。図８（ａ）は、測定開始時点を基準としたときの測定値の変動量を示し、図８（ｂ）は、距離測定装置本体１’の温度を示す。図８（ａ）には、測定ヘッド連結用光ファイバー３’（ｃｈ２）を用いて得られた測定値の変動量をプロットしている。
図８（ａ）に示すように、距離測定装置本体１’を断熱された筐体４内に収容し、筐体４内部の温度を一定に制御すれば、距離測定装置本体１’の温度の変動（筐体４の内部温度の変動）を０．３℃以内に抑制することが可能であった。その結果、図８（ｂ）に示すように、測定値の変動量を０．０７ｍｍ以内に抑制することが可能であった。
【００６８】
以上に説明した結果より、図６に示す本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂについても、距離測定装置本体１及び測定ヘッド連結用光ファイバー３に環境対策が施されていることで、測定値の変動を抑制可能であることが期待できる。
【００６９】
次に、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂが具備する光マルチプレクサ６及び制御手段７の動作について説明する。
図６に示す本実施形態の制御手段７は、光マルチプレクサ６を制御して、距離測定装置本体１に連結する各測定ヘッド連結用光ファイバー３を順次切り替える。具体的には、図６に示すように、光マルチプレクサ６の一方の側には、複数の測定ヘッド連結用光ファイバー３が連結している。一方、光マルチプレクサ６の他方の側には、光ファイバー８が連結している。この光ファイバー８は、距離測定装置本体１に連結している。具体的には、光ファイバー８は、距離測定装置本体１が具備する光サーキュレータ２０の第３ポート２０３に連結している。この状態で、制御手段７から受信した制御信号に基づき、光マルチプレクサ６は、光ファイバー８と連結させる測定ヘッド連結用光ファイバー３を順次切り替えて選択する。これにより、距離測定装置本体１と複数の各測定ヘッド２とが、光ファイバー８、光マルチプレクサ６、及び、選択された測定ヘッド連結用光ファイバー３を介して、順次連結することになる。そして、距離演算手段１３は、距離測定装置本体１と連結した各測定ヘッド２が具備する第２の反射源Ｒ２から被測定対象Ｍの表面までの距離を順次算出する。
【００７０】
本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂによれば、光マルチプレクサ６によって、単一の距離測定装置本体１と連結する各測定ヘッド２が順次切り替えられ、各測定ヘッド２に対向する被測定対象Ｍの表面までの距離が時分割で算出されることになる。
したがって、測定部位の数（測定ヘッド２及び測定ヘッド連結用光ファイバー３の数）と同数の距離測定装置本体１を備えることによるコストの増大やメンテナンス性の悪化を来すことなく、複数の測定部位までの距離を同じ測定タイミングで測定可能である。
【００７１】
本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂにおいても、演算時間を短縮する上で、第１の実施形態と同様に、第１のビート周波数ｆ１を検出するための第１の周波数領域Ａ１と第２のビート周波数ｆ２を検出するための第２の周波数領域Ａ２とが距離演算手段１３に設定されている。そして、距離演算手段１３は、第１の周波数領域Ａ１及び第２の周波数領域Ａ２における周波数スペクトルを抽出し、抽出した周波数スペクトルのうち、第１の周波数領域Ａ１においてピークとなる周波数を第１のビート周波数ｆ１として検出し、第２の周波数領域Ａ２においてピークとなる周波数を第２のビート周波数ｆ２として検出する。
ただし、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂは、複数の測定ヘッド２を備えており、各測定ヘッド２毎に、連結している光ファイバー３の長さや被測定対象Ｍまでの距離が異なる。このため、各測定ヘッド２毎に、第１のビート周波数ｆ１及び第２のビート周波数ｆ２も異なることになる。
従い、本実施形態に係る距離測定装置１００Ｂでは、第１のビート周波数ｆ１を検出するための第１の周波数領域Ａ１と、第２のビート周波数ｆ２を検出するための第２の周波数領域Ａ２とを、各測定ヘッド２毎に設定する必要がある。
【００７２】
図９は、本実施形態の距離演算手段１３が実行する第１のビート周波数ｆ１及び第２のビート周波数ｆ２の検出方法を説明する説明図である。
図９に示すように、距離演算手段１３には、第１のビート周波数ｆ１を検出するための第１の周波数領域Ａ１と、第２のビート周波数ｆ２を検出するための第２の周波数領域Ａ２とが、各測定ヘッド２毎に該各測定ヘッド２に対応付けて設定されている。
そして、距離演算手段１３は、制御手段７から距離測定装置本体１と連結した測定ヘッド２の情報を受信し（制御手段７から距離演算手段１３への情報送信は、制御手段７から光マルチプレクサ６への制御信号の送信とほぼ同時に行われる）、該情報を受信した測定ヘッド２について得られた受光素子２の受光信号を周波数解析して、前記情報を受信した測定ヘッド２に対応付けて設定された第１の周波数領域Ａ１及び第２の周波数領域Ａ２における周波数スペクトルを抽出する。そして、距離演算手段１３は、該抽出した周波数スペクトルのうち、前記情報を受信した測定ヘッド２に対応付けて設定された第１の周波数領域Ａ１においてピークとなる周波数を第１のビート周波数ｆ１として検出し、該検出した第１のビート周波数ｆ１に基づき第１の距離Ｌ１を演算する。また、距離演算手段１３は、前記情報を受信した測定ヘッド２に対応付けて設定された第２の周波数領域Ａ２においてピークとなる周波数を第２のビート周波数ｆ２として検出し、該検出した第２のビート周波数ｆ２に基づき第２の距離Ｌ２を演算する。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・距離測定装置本体
２・・・測定ヘッド
３・・・光ファイバー（測定ヘッド連結用光ファイバー）
１１・・・ＦＳＦレーザ光源
１２・・・受光素子
１３・・・距離演算手段
２０・・・光サーキュレータ
１００・・・距離測定装置
Ｒ１・・・第１の反射源
Ｒ２・・・第２の反射源
Ｍ・・・被測定対象
【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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