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公開番号2025008158
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023110091
出願日2023-07-04
発明の名称距離計測装置及び距離計測方法
出願人国立大学法人静岡大学
代理人個人,個人,個人
主分類G01B 11/06 20060101AFI20250109BHJP(測定;試験)
要約【課題】所望の計測可能範囲を得る。
【解決手段】距離計測装置1は、計測光L1を発生する光源ユニット3と、計測光L1の一部である照射光L2を計測対象面9aに照射すると共に計測光L1の残りである端面反射光L3を反射する光ファイバ端面2aを含む1本の光ファイバ2と、照射光L2が計測対象面9aにおいて反射した後に再び光ファイバ2に入射した戻り光L4であって、戻り光L4と端面反射光L3とが干渉して生じる干渉光L5のスペクトルを得る分光器51と、干渉光L5のスペクトルを用いて、光ファイバ端面2aから計測対象面9aまでの距離9Hを得るコンピュータ6と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
計測光を発生する光源と、
前記計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に前記計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバと、
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得る分光部と、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得る距離取得部と、を備える距離計測装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記干渉光の光強度を得る光強度取得部をさらに備え、
前記距離取得部は、
前記干渉光のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部と、
前記干渉光の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部と、
前記第１候補距離又は前記第２候補距離のいずれかを前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する距離出力部と、を含む、請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項３】
前記距離取得部は、
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較して、前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項４】
前記距離取得部は、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記干渉光の光強度が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項５】
前記距離取得部は、
前記照射光を前記ファイバ端面から出射しないときに前記光強度取得部が出力するノイズ信号の強度に基づいて、前記ノイズ信号に由来して前記第２候補距離に重畳される不確かさを示す誤差距離を得る誤差距離取得部と、
前記第２候補距離に占める前記誤差距離の割合を得る誤差評価値を得る評価値取得部と、を含む、請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項６】
前記距離取得部は、
前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得る動作と、
前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得る動作と、
前記距離出力部が前記誤差評価値と閾値とを比較して、前記誤差評価値が閾値以上である場合に前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
【請求項７】
前記距離出力部は、
前記距離出力部が前記干渉光の光強度と閾値とを比較する動作と、
前記誤差評価値が閾値以上である場合に、前記第１候補距離取得部によって前記第１候補距離を得て、前記第１候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、
前記誤差評価値が閾値未満である場合に、前記第２候補距離取得部によって前記第２候補距離を得て、前記第２候補距離を前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離として出力する動作と、を実行する、請求項５に記載の距離計測装置。
【請求項８】
光源が発生した計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に前記計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバから前記照射光を計測対象物に向けて出射するステップと、
前記照射光が前記計測対象面において反射した後に再び前記光ファイバに入射した戻り光であって、前記戻り光と前記反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得るステップと、
前記干渉光のスペクトルを用いて、前記光ファイバ端面から前記計測対象面までの距離を得るステップと、を有する距離計測方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離計測装置及び距離計測方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
本願発明者らによる特許文献１は、光ファイバを用いて液膜の厚さを得る技術を開示する。この技術は、移動する液膜に向けて光ファイバから計測光を出射する。そして、液膜気液界面において反射して再び光ファイバに入射する光の光強度を得る。光ファイバに戻る光の光強度は、計測光を出射する光ファイバの端面から液膜気液界面までの距離に応じて減衰する。従って、どの程度の光強度の減衰を生じたかを知ることによって、光ファイバの端面から液膜気液界面までの距離を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－７７３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微小な膜厚や微小な距離を計測する技術分野において、計測対象とする範囲はさまざまである。しかし、光強度を利用する計測手法では、外乱の影響を受けやすいなどの理由より距離を得ることができる計測対象範囲が制限されることあった。
【０００５】
そこで、本発明は、所望の計測対象範囲における距離を得ることができる距離計測装置及び距離計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態である距離計測装置は、計測光を発生する光源と、計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバと、照射光が計測対象面において反射した後に再び光ファイバに入射した戻り光であって、戻り光と反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得る分光部と、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得る距離取得部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の形態である距離計測方法は、光源が発生した計測光の一部である照射光を計測対象面に照射すると共に計測光の残りである反射光を反射する光ファイバ端面を含む１本の光ファイバから照射光を計測対象物に向けて出射するステップと、照射光が計測対象面において反射した後に再び光ファイバに入射した戻り光であって、戻り光と反射光とが干渉して生じる干渉光のスペクトルを得るステップと、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得るステップと、を有する。
【０００８】
距離計測装置及び距離計測方法は、光ファイバ端面で生じる反射光と、計測対象面で生じる照射光の反射に起因して再び光ファイバに入射する戻り光と、が干渉して生じる干渉光を得る。そして、距離計測部は、干渉光のスペクトルを用いて、光ファイバ端面から計測対象面までの距離を得る。干渉光のスペクトルは、干渉光の光強度に比べて外乱の影響を受けにくい。従って、干渉光の光強度を用いた距離計測に適さない計測対象範囲における距離を得ることができる。
【０００９】
一形態の距離計測装置は、干渉光の光強度を得る光強度取得部をさらに備えてもよい。距離取得部は、干渉光のスペクトルを用いて第１候補距離を得る第１候補距離取得部と、干渉光の光強度を用いて第２候補距離を得る第２候補距離取得部と、第１候補距離又は第２候補距離のいずれかを光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する距離出力部と、を含んでもよい。この構成によれば、干渉光のスペクトルを用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、干渉光の光強度を用いた距離計測が適切である計測対象範囲と、を合算した広い計測対象範囲を得ることができる。
【００１０】
一形態の距離計測装置における距離取得部は、第１候補距離取得部によって第１候補距離を得る動作と、第２候補距離取得部によって第２候補距離を得る動作と、距離出力部が干渉光の光強度と閾値とを比較して、干渉光の光強度が閾値以上である場合に第１候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、干渉光の光強度が閾値未満である場合に、第２候補距離を光ファイバ端面から計測対象面までの距離として選択する動作と、を実行してもよい。この動作によれば、光ファイバ端面から計測対象面までの距離として第１候補距離及び第２候補距離のいずれかを容易に選択することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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