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公開番号2024048615
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-09
出願番号2022154628
出願日2022-09-28
発明の名称コントローラ及び光干渉測距センサ
出願人オムロン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/00 20060101AFI20240402BHJP(測定;試験)
要約【課題】主干渉計で生成される信号を適切なタイミングでサンプリングする。
【解決手段】コントローラ110は、光源140と、主干渉信号を生成する主干渉計150と、副干渉信号を生成する副干渉計160と、可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部171と、主干渉信号と補正信号とに基づいて計測対象物Tまでの距離を計測する処理部118と、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計150で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部195と、を備える。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、
波長を変化させながら光を投光する光源と、
前記光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介して前記センサヘッドに接続される主干渉計であって、前記光源から投光された光が供給され、前記センサヘッドにより前記計測対象物に照射して反射される測定光と、前記測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく主干渉信号を生成する主干渉計と、
前記光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、
可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、
前記副干渉信号と前記可変遅延量とに基づいて、前記主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、
前記主干渉信号と前記補正信号とに基づいて、前記計測対象物までの距離を計測する処理部と、
前記補正信号に基づいてサンプリングされた前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、前記主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、前記補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える、
コントローラ。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記可変遅延量設定部は、複数の前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値と、複数の前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度の最大値とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
請求項２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記可変遅延量設定部は、複数の前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値と、複数の前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅の最小値とのうち、少なくとも一方に基づいて、前記可変遅延量を設定する、
請求項４に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記可変遅延量設定部は、前記主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数と、前記反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク所定値幅に含まれる計測点数とのうち、少なくとも一方が所定数未満となるように、前記可変遅延量を設定する、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記反射信号は、前記光源から投光されて前記主干渉計に供給される光の一部が当該主干渉計において形成される反射面を有する部材によって反射されることにより生成される、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記可変遅延量生成部は、前記副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記可変遅延量に応じた遅延を発生させて前記補正信号生成部に出力する可変遅延線を含む、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項９】
前記補正信号生成部は、前記副干渉信号を電気信号に変換させた副干渉計信号において、時間軸方向に前記可変遅延量に応じた遅延を発生させた信号に基づいて、前記補正信号であるパルス信号を生成する、
請求項１に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記主干渉信号を電気信号に変換させた主干渉計信号を、前記補正信号に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに備える、
請求項１に記載のコントローラ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントローラ及び光干渉測距センサに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－１８１１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、コントローラと、当該コントローラとセンサヘッドとを接続する光ファイバを含む光ファイバケーブルとを備える光干渉測距センサにおいて、光ファイバの長さを変更する場合、光ファイバ介して主干渉計からセンサヘッドに伝搬し、センサヘッドから主干渉計に伝搬する光の光路長も長くなるので、主干渉計が生成する信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する信号との間に、タイミングのずれが発生することがあった。
【０００６】
また、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長い場合、センサヘッドから計測対象物に照射し、計測対象物に反射されてセンサヘッドに戻る光のラウンドトリップ時間が長くなるので、この場合も、主干渉計が生成する信号と、サンプリング周期を補正するために副干渉計が生成する信号との間に、タイミングのずれが発生することがあった。その結果、主干渉計の信号を正確にサンプリングすることができず、計測対象物までの距離に誤差が生じることがあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主干渉計で生成される信号を適切なタイミングでサンプリングすることのできるコントローラ及び光干渉測距センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係るコントローラは、計測対象物に光を照射するセンサヘッドに、光ファイバケーブルを介して接続されるコントローラであって、波長を変化させながら光を投光する光源と、光ファイバケーブルに含まれる光ファイバを介してセンサヘッドに接続される主干渉計であって、光源から投光された光が供給され、センサヘッドにより計測対象物に照射して反射される測定光と、測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づく主干渉信号を生成する主干渉計と、光源から投光された光が供給され、異なる光路を辿る２つの光に基づく副干渉信号を生成する副干渉計と、可変遅延量を生成する可変遅延量生成部と、副干渉信号と可変遅延量とに基づいて、主干渉信号のサンプリング周期を補正する補正信号を生成する補正信号生成部と、主干渉信号と補正信号とに基づいて、計測対象物までの距離を計測する処理部と、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定する可変遅延量設定部と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークと、主干渉計で生成される反射信号のデジタル信号であって、補正信号に基づいてサンプリングされたデジタル信号に基づく信号におけるピークとのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量が設定される。これにより、主干渉信号及び反射信号と副干渉信号との間に発生し得るタイミングのずれを低減する可変遅延量を設定することが可能となる。ここで、補正信号に基づいてサンプリングされた反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、計測対象物がない状態でも可変遅延量を設定することが可能となる。また、補正信号に基づいてサンプリングされた主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピークに基づくことにより、センサヘッドから計測対象物までの距離が光ファイバの長さと比較して長いときに、当該距離を光が往復するラウンドトリップ時間によって発生し得るタイミングのずれも低減する可変遅延量を設定することが可能となる。従って、主干渉計で生成される信号を、副干渉信号と可変遅延量とに基づく補正信号によって適切なタイミングでサンプリングすることができ、計測対象物までの距離を高精度に計測することができる。
【００１０】
上記態様において、可変遅延量設定部は、主干渉信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度と、反射信号のデジタル信号に基づく信号におけるピーク強度とのうち、少なくとも一方に基づいて、可変遅延量を設定してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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