測距方法及びレーザ測距装置
【課題】レーザ光の特徴である可干渉性を利用するとともに、被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を高精度に測定する測距方法及びレーザ測距装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る測距方法及レーザ測距装置によれば、測定光を第１測定光と第２測定光とに分割し、第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１に照射した上で、第１測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。また、第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２に照射した上で、第２測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。そして、これらの位置に基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２間の厚み方向の距離を高精度に測定する。
【解決手段】本発明に係る測距方法及レーザ測距装置によれば、測定光を第１測定光と第２測定光とに分割し、第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１に照射した上で、第１測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。また、第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２に照射した上で、第２測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。そして、これらの位置に基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２間の厚み方向の距離を高精度に測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の干渉を用いて被測定物の測定点間の測距を行う測距方法及びレーザ測距装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ光を用いたレーザ測距方法は、例えばレーザ光を参照光と測定光とに分割し、その参照光と被測定物で反射された測定光との時間差から両者の光路差を求めることで被測定物までの距離を測定する。このような参照光と測定光との時間差から測距を行う従来のレーザ測距方法では、その測距精度はレーザ光の波長レベル、即ちｎｍ（ナノメートル）オーダーには遠く及ばない。
【０００３】
そこで本願発明者は下記［特許文献１］に示すように、波長の異なる複数のレーザ光を用い、さらにその光路差を変化させることでレーザ光の特徴である可干渉性を利用した高精度のレーザ測距方法及びそのレーザ測距方法を行うレーザ測距装置に関する発明を行った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公報第２００８／０９９７８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［特許文献１］に開示された発明により被測定物までの距離を高精度に測距することが可能となったが、実用に際しては被測定物までの距離を測距するよりも被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を測距する方が有用である場合が多く、この点に関して更なる改善が望まれる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光の特徴である可干渉性を利用するとともに、被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を高精度に測定する測距方法及びレーザ測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
（１）異なる波長の第１レーザ光と第２レーザ光とを分割点で参照光と測定光に２分割し、参照光をその光路長を変化させる方向に移動可能な反射点で反射させるとともに当該反射点で反射した参照光と被測定物６の測定点で反射した測定光とを干渉させ、その干渉光の強度変化に基づいて被測定物６の２つの測定点間の厚み方向の距離Ｌを測定する測距方法であって、
測定光をさらに測定光分割部２８で第１測定光と第２測定光とに分割するとともに、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射させ、反射した第１測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第１強度データを取得する第１データ取得ステップと、
第１強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第１位置情報として記録する第１記録ステップと、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射させ、反射した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第２強度データを取得する第２データ取得ステップと、
第２強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第２位置情報として記録する第２記録ステップと、
第１位置情報と第２位置情報とに基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する測定ステップと、
を有することを特徴とする測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射させるとともに第２測定光を第１測定点Ｓ１の裏面に位置する第２測定点Ｓ２で反射させ、
第１データ取得ステップの前に、第１測定光の光路長及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置を原点位置情報として記録する原点取得ステップを有するとともに、
測定ステップが第１位置情報と第２位置情報と原点位置情報とに基づいて被測定物６の厚みｔを算出することを特徴とする上記（１）記載の測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）無測定物状態で第１測定光と第２測定光とが同じ光路を互いに逆方向に進んで前記測定光分割部２８に帰還する光路をとり、
原点取得ステップによる原点位置情報の取得を、
無測定物状態で反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して帰還した第１測定光と帰還した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の強度データを取得する原点設定時の取得ステップと、
原点設定時の取得ステップで得られた強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を原点位置情報とする原点情報取得ステップと、
により行うことを特徴とする上記（２）記載の測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段１０と、当該レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部１２と、前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部１４と、当該反射部１４の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部２４と、前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部２８と、第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段３０ａと第２遮蔽手段３０ｂと、第１測定光を出射する第１出射口１６ａと第２測定光を出射する第２出射口１６ｂと、参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部１８と、前記位置情報取得部２４からの位置情報と前記受光部１８からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部２０と、を備え、
上記（１）記載の第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを測距することを特徴とするレーザ測距装置５０ａ、５０ｂを提供することにより、上記課題を解決する。
（５）波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段１０と、当該レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部１２と、前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部１４と、当該反射部１４の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部２４と、前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部２８と、第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段３０ａと第２遮蔽手段３０ｂと、被測定物６の配置位置を挟んで対向する位置に設けられ第１測定光を出射する第１出射口１６ａと第２測定光を出射する第２出射口１６ｂと、参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部１８と、前記位置情報取得部２４からの位置情報と前記受光部１８からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部２０と、を備え、
上記（２）又は（３）記載の原点取得ステップと第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い被測定物６の厚みｔを測定することを特徴とするレーザ測距装置５０ｃを提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る測距方法及びレーザ測距装置によれば、被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の形態のレーザ測距装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る測距方法及びレーザ測距装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１に本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置５０ａを示す。尚、図１〜図３中の破線はレーザ光の光路を示す。図１に示す本発明に係るレーザ測距装置５０ａは、所定の発振波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ照射手段１０ａと、第１レーザ光とは異なる発振波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ照射手段１０ｂと、を備えたレーザ照射手段１０を有している。
【００１２】
レーザ照射手段１０の個々のレーザ照射手段（本例における第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂ）に関しては特に限定はなく、４００ｎｍ〜７５０ｎｍの可視光領域の発振波長を有するヘリウムネオンレーザやアルゴンレーザ、クリプトンイオンレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ等のガスレーザ、ルビーレーザやＹＡＧレーザ等の固体レーザ、金属レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。中でも特に、半導体レーザを用いることが好ましい。更に、各レーザ照射手段が出射するそれぞれのレーザ光の発振波長は、最大の発振波長を有するレーザ光の発振波長の±１０％〜±５０％の範囲内とすることが好ましく、特に最大の発振波長を有するレーザ光と最小の発振波長を有するレーザ光との発振波長の差が１００ｎｍ以内とすることが好ましい。尚、本例では単一の発振波長のレーザ光を出射するレーザ照射手段（第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂ）を複数用いた例を示しているが、一つのレーザ照射手段で複数の発振波長のレーザ光を同時に照射可能なものを用いても良い。この場合、後述するミラー４ａ、４ｂは用いる必要はない。
【００１３】
そして、上記の第１レーザ照射手段１０ａから出射した第１レーザ光は、第１レーザ光の光路上に設けられたミラー４ａで反射され分割部１２に向う。また、第２レーザ照射手段１０ｂから出射した第２レーザ光は、第２レーザ光の光路上に設けられたミラー４ｂで反射され第１レーザ光と同一光路上を通り分割部１２に向う。
【００１４】
分割部１２としてはハーフミラーやビームスプリッタ等が用いられ、分割部１２に到達した第１レーザ光及び第２レーザ光は分割部１２の分割点で２分割される。そして、一方は参照光として反射部１４に向かい、もう一方は測定光として測定光分割部２８に向う。尚、これ以降の記載では、参照光、測定光、第１測定光、第２測定光は、特に第１レーザ光、第２レーザ光と限定する記載をしない限り、基本的に第１レーザ光と第２レーザ光とで構成されるものとする。
【００１５】
分割部１２で分割された参照光は反射部１４の反射点にて反射され、分割部１２を通過して受光部１８に到達する。
【００１６】
また、反射部１４には移動手段２２が設置されており、移動手段２２の動作により反射部１４は反射点から分割点までの距離、即ち参照光の光路長が変化する方向に移動する。
【００１７】
位置情報取得部２４は、図示しない装置制御部からの信号を受けて移動手段２２を動作させるとともに、移動手段２２の動作によって変化する反射点の位置情報を演算部２０に出力する。尚、反射部１４と反射点とは固定であり、本願では反射点の絶対位置よりも相対位置が重要であるから、反射点の位置情報は反射部１４の位置情報で間接的に代用することも可能である。尚、移動手段２２としては１ステップで５〜１０ｎｍ程度移動する摺動型超音波モータ等を用いることが好ましい。
【００１８】
一方、分割部１２で分割された測定光は測定光分割部２８にて第１測定光と第２測定光とに２分割される。測定光分割部２８にて分割された第１測定光は第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１に向けて出射する。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２に向けて出射する。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示すように、被測定物６が存在するときには第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射された後、測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は、被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射された後、ミラー４ｆ’で反射され測定光分割部２８に帰還する。帰還した第１測定光と第２測定光とは測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。
【００２０】
また、第１測定光の光路上と第２測定光の光路上とには適宜挿入と除去が可能な第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂがそれぞれ設置されている。そして、第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂの挿入と除去とを交互に行うことで、第１測定光と第２測定光のいずれか一方のみを被測定物６側に照射することができる。尚、第１遮蔽手段３０ａ、第２遮蔽手段３０ｂとしては所定の角度を有する楔状反射板や無反射板を用いることができる。また、第１遮蔽手段３０ａ、第２遮蔽手段３０ｂはレーザ測距装置５０ａ及び後述のレーザ測距装置５０ｂ、５０ｃの内外を問わず第１測定光、第２測定光の光路上のいずれの位置に設置しても良い。
【００２１】
レーザ測距装置５０ａを構成する受光部１８は、反射点で反射した参照光と第１測定点Ｓ１で反射した第１測定光もしくは第２測定点Ｓ２で反射した第２測定光とを受光して、それらの干渉光の強度を電気信号に変換し演算部２０に出力する。
【００２２】
演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とに基づいて強度データを作成するとともに、後述する演算処理等を行う。
【００２３】
次に、本発明に係る第１の測距方法をレーザ測距装置５０ａの動作とともに説明する。
【００２４】
本発明に係るレーザ測距装置５０ａでは、予め第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄ（厳密には、測定光は往復するから光路差は２Ｌｄであるが、ここでは便宜的に片方向の光路差を光路差Ｌｄとする。）を取得する必要がある。よって、先ず初めに第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを取得する方法を説明する。尚、以下に示す光路差Ｌｄの取得方法は、基本的に第１の測距方法及びレーザ測距装置５０ａの動作と同等である。また、以下に示す光路差Ｌｄの取得方法は本発明に係るレーザ測距装置５０ａに好適なものであるが、必ずしもこの方法を用いる必要は無い。さらに、光路差Ｌｄの取得は測定毎に行う必要は無く、レーザ測距装置の出荷時等に行ってメモリ等に記録しておいても良い。
【００２５】
先ず、図１（ａ）に示すように、表面が平滑な平板５を、その第１測定点Ｓ１’に第１測定光が、第２測定点Ｓ２’に第２測定光が垂直に照射するように設置する。このとき、図１（ａ）のように測定光分割部２８が第２測定光を直角（９０°）に反射すると、測定光分割部２８から第１測定点Ｓ１’までの距離と、ミラー４ｆ’から第２測定点Ｓ２’までの距離とは等しい。次に、第１測定光の光路長よりも参照光の光路長が若干短くなる位置に反射部１４の反射点を位置させる。
【００２６】
次に、第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。次に、第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、参照光は反射点で反射され受光部１８に到達する。また、測定光分割部２８で分割された第１測定光は第１出射口１６ａから出射した後、平板５の第１測定点Ｓ１’で反射され、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。ただし、第２測定光は光路上に挿入された第２遮蔽手段３０ｂで遮蔽され受光部１８に到達することはない。
【００２７】
そして、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。尚、本例では参照光の光路長が増加する、即ち反射部１４が分割部１２から離れるにつれ位置情報の値が増加するものとする。そして、参照光の光路長が変化すると参照光と第１測定光との光路差が変化するから、受光部１８が受光する参照光と第１測定光の干渉光の強度は反射点の移動に伴って変化する。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第１強度データ）を作成し取得する（後述の第１データ取得ステップと同等）。
【００２８】
ここで、反射点がある特定の位置になると、参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しくなる。そして、参照光の光路長と測定光の光路長とが等しく光路差が存在しない場合には、どのような発振波長を有するレーザ光であってもその参照光と測定光とは強め合いその干渉光は明部のピークをとる。また、干渉光の波形はこの位置の前後で対称となる。反対に参照光の光路長と測定光の光路長とに光路差が存在する場合には、異なる発振波長を有するレーザ光の干渉光が同時に明部をとるような光路差の値は現実には存在しない。従って、反射点が参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しくなる位置となると、その位置では第１レーザ光の第１測定光と第１レーザ光の参照光とによる第１干渉光と、第２レーザ光の第１測定光と第２レーザ光の参照光とによる第２干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第１強度データのこの位置では第１干渉光と第２干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第１強度データはこの位置の前後で対称となる。演算部２０はこの位置の位置情報を第１位置情報として記録する（後述の第１記録ステップと同等）。
【００２９】
尚、移動手段２２はモータ等の機械的なものであるから、移動手段２２の精度によっては反射点を原点位置に完全に位置させることが困難な場合がある。よって、実際の処理では、予め上記のピークの値を把握した上で閾値を設定し、演算部２０はこの閾値を超えた領域の強度データに対し極大値をとる反射点の位置を算出した上で、この位置に対する対称性の確認を行い第１位置及び後述の第２位置の特定を行うようにすることが好ましい。
【００３０】
次に、第１測定光の光路上に第１遮蔽手段３０ａを挿入し、第２測定光の光路上の第２遮蔽手段３０ｂを除去する。これにより、第１測定光は光路上に挿入された第１遮蔽手段３０ａで遮蔽され受光部１８に到達することはない。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから出射した後、平板５の第２測定点Ｓ２’で反射され、ミラー４ｆ’、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００３１】
次に、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向にさらに移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。そして、演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第２強度データ）を作成し取得する（後述の第２データ取得ステップと同等）。
【００３２】
ここで、反射点がある特定の位置になると、参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる。そして、反射点が参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる位置となると、その位置では第１レーザ光の第２測定光と第１レーザ光の参照光とによる第３干渉光と、第２レーザ光の第２測定光と第２レーザ光の参照光とによる第４干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第２強度データのこの位置では第３干渉光と第４干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第２強度データはこの位置の前後で対称となる。演算部２０はこの位置の位置情報を第２位置情報として記録する（後述の第２記録ステップと同等）。
【００３３】
次に演算部２０は、第１記録ステップで得られた第１位置情報と、第２記録ステップで得られた第２位置情報とから第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを算出する。ここで、図１（ａ）においては、測定光分割部２８から第１測定点Ｓ１’までの距離と、ミラー４ｆ’から第２測定点Ｓ２’までの距離とは等しいから、現状での第１測定光と第２測定光との光路差はＬｄとなる。そして、第１測定光の光路長と等しい反射点の第１位置の値をＰ１’、第２測定光の光路長と等しい反射点の第２位置の値をＰ２’とし、反射部１４が分割部１２から離れるにつれ位置情報の値が増加する場合、光路差Ｌｄは以下の式で算出することができる。
Ｌｄ＝Ｐ２’−Ｐ１’
そして、演算部２０は算出された光路差Ｌｄの値をメモリ等に記録する。
【００３４】
次に、レーザ測距装置５０ａを用いて被測定物６の第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する方法を説明する。
【００３５】
先ず、図１（ｂ）に示すように被測定物６を、その第１測定点Ｓ１に第１測定光が、第２測定点Ｓ２に第２測定光が垂直に照射するように配置する。このとき、被測定物６の第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との位置関係を予め把握しておき、このうちレーザ測距装置５０ａから遠方となる測定点を第２測定点Ｓ２として（装置内部における光路長の長い）第２測定光の第２出射口１６ｂの側に配置し、近い側となる測定点を第１測定点Ｓ１として（装置内部における光路長の短い）第１測定光の第１出射口１６ａの側に配置することが好ましい。尚、第１測定点Ｓ１及び第２測定点Ｓ２を上記と逆の位置に配置し、さらに（距離Ｌ）＞（光路差Ｌｄ） の場合には、後述の第２データ取得ステップ及び第２記録ステップを第１データ取得ステップ及び第１記録ステップより先に行うことが好ましい。このようにすれば、移動手段２２を逆動作させることなく一定方向に動作させて測距を行うことができる。
【００３６】
次に、移動手段２２は反射点を予め設定されている起点に位置させる。この起点は被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第１測定点Ｓ１の側から測定を始める場合には、参照光の光路長が最も短くなる位置未満である。尚、被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第２測定点Ｓ２の側から測定を始める場合には、この起点を参照光の光路長が最も長くなる位置未満として、移動手段２２は参照光の光路長が減少する方向に反射点を移動させる。本例では、被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第１測定点Ｓ１の側から測定を始める場合を説明する。従って、反射点の起点は参照光の光路長が最も短くなる位置未満となる。
【００３７】
次に、第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。次に、第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、測定光分割部２８で分割された第２測定光は第２遮蔽手段３０ｂで遮蔽され、第１測定光のみが第１出射口１６ａから出射した後、被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射され、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００３８】
そして、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第１強度データ）を作成し取得する（第１データ取得ステップ）。
【００３９】
ここで、前述のように、反射点が参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しい第１位置となると、この第１位置では第１レーザ光の第１測定光と第１レーザ光の参照光とによる第１干渉光と、第２レーザ光の第１測定光と第２レーザ光の参照光とによる第２干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第１強度データはこの第１位置で第１干渉光と第２干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第１強度データはこの第１位置の前後で対称となる。演算部２０はこの第１位置の位置情報を第１位置情報として記録する（第１記録ステップ）。
【００４０】
次に、第１測定光の光路上に第１遮蔽手段３０ａを挿入し、第２測定光の光路上の第２遮蔽手段３０ｂを除去する。これにより、第１測定光は遮蔽される。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから出射した後、被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射され、ミラー４ｆ’、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００４１】
次に、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向にさらに移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。そして、演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第２強度データ）を作成し取得する（第２データ取得ステップ）。
【００４２】
そして、反射点が参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる第２位置となると、この第２位置では第１レーザ光の第２測定光と第１レーザ光の参照光とによる第３干渉光と、第２レーザ光の第２測定光と第２レーザ光の参照光とによる第４干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第２強度データはこの第２位置で第３干渉光と第４干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第２強度データはこの第２位置の前後で対称となる。演算部２０はこの第２位置の位置情報を第２位置情報として記録する（第２記録ステップ）。
【００４３】
次に演算部２０は、第１記録ステップで得られた第１位置情報と、第２記録ステップで得られた第２位置情報と、予め求められた第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄとから第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する。距離Ｌの算出は例えば、第１位置情報の値をＰ１、第２位置情報の値をＰ２とし、（第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１までの距離）＜（第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２までの距離） の場合には以下の式で算出することができる。
Ｌ＝（Ｐ２−Ｐ１）−Ｌｄ
また、（第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１までの距離）＞（第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２までの距離） の場合には以下の式で算出することができる。
Ｌ＝（Ｐ１−Ｐ２）＋Ｌｄ
以上が測定ステップに相当する。
【００４４】
尚、図２に示す第１の形態の変形例のレーザ測距装置５０ｂのように、ミラー４ｃ’で第１測定光を直角に反射させ、ミラー４ｃ’、ミラー４ｄ’をその間の距離が測定光分割部２８とミラー４ｆ’間の距離（光路差Ｌｄ）と等しくなるように設置して、第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを無くしても良い。この構成によれば、光路差Ｌｄの測距が不要なことに加え、測定ステップにおける距離Ｌの算出を第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２の位置関係によらず、
Ｌ＝|Ｐ２−Ｐ１|
の式で行うことができる。
【００４５】
次に、図３に本発明に係る第２の形態のレーザ測距装置５０ｃを示す。第２の形態のレーザ測距装置５０ｃは被測定物６の一面側の第１測定点Ｓ１と、第１測定点Ｓ１の裏面に位置する第２測定点Ｓ２を測距することで、被測定物６の厚みを測距するものである。従って、第１の形態のレーザ測距装置５０ａとは、第１測定光と第２測定光との光学経路が異なる以外は、基本的に同等である。
【００４６】
そして、レーザ測距装置５０ｃにおいては、測定光分割部２８にて分割された第１測定光は、ミラー４ｃ、ミラー４ｄ、ミラー４ｅで反射され第１出射口１６ａから第２出射口１６ｂに向けて出射する。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ、ミラー４ｇで反射され第２出射口１６ｂから第１出射口１６ａに向けて出射する。尚、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとは対向する位置に設けられ、被測定物６はこの第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に配置される。そして、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に何も存在しない無測定物状態の場合には、第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、第２出射口１６ｂから再度レーザ測距装置５０内に入射してミラー４ｇ、ミラー４ｆで反射され測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は第１出射口１６ａから再度レーザ測距装置５０内に入射してミラー４ｅ、ミラー４ｄ、ミラー４ｃで反射され測定光分割部２８に帰還する。よって、無測定物状態においては第１測定光と第２測定光とは同じ光路を互いに逆方向に進んで測定光分割部２８に帰還することとなる。尚、測定光分割部２８から第１出射口１６ａまでの第１測定光の光路長と測定光分割部２８から第２出射口１６ｂまでの第２測定光の光路長とは必ずしも完全に等しくする必要は無いが、略同等として無測定物状態における第１測定光及び第２測定光の測定光分割部２８から測定光分割部２８に帰還するまでの光路（即ち、第１測定光における測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８までの光路）の中間地点Ｐ０を、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間の中間位置近傍とすることが好ましい。
【００４７】
そして、無測定物状態において上記の光路を辿って測定光分割部２８に帰還した第１測定光と第２測定光とは、測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。また、図３（ｂ）に示すように、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に被測定物６が存在する場合、第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、被測定物６の一方の面上の第１測定点Ｓ１で反射された後、ミラー４ｅ、ミラー４ｄ、ミラー４ｃで反射され測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は、第１測定点Ｓ１の裏面に位置する被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射された後、ミラー４ｇ、ミラー４ｆで反射され測定光分割部２８に帰還する。帰還した第１測定光もしくは第２測定光は同様に測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。
【００４８】
次に、本発明に係る第２の測距方法をレーザ測距装置５０ｃの動作とともに説明する。
【００４９】
本発明に係る第２の測距方法では、先ず、第１測定光及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置（原点位置）を取得して原点位置情報として記録する原点取得ステップを行う。尚、原点位置情報の取得は以下のようにして行うことが好ましい。
【００５０】
先ず、無測定物状態における第１測定光の光路長（分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８間の距離）よりも参照光の光路長（分割点→反射点→分割点→受光部１８間の距離）が若干長くなる位置に反射部１４の反射点を位置させる。
【００５１】
次に、第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂを第１測定光及び第２測定光の光路上から除去する。次に、無測定物状態で第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、参照光は分割点→反射点→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。また、第１測定光は分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→第１出射口１６ａ→第２出射口１６ｂ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。また、第２測定光は分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｆ→ミラー４ｇ→第２出射口１６ｂ→第１出射口１６ａ→ミラー４ｅ→ミラー４ｄ→ミラー４ｃ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。尚、無測定物状態では第１測定光の光路長と第２測定光の光路長とは等しい。
【００５２】
そして、レーザ光の照射を維持した状態で、位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が減少する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。尚、ここでは参照光の光路長が減少する、即ち反射部１４が分割部１２に近づくにつれ位置情報の値が減少するものとする。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（強度データ）を作成し取得する（原点設定時の取得ステップ）。尚、予め原点位置を大まかに把握しておき、本ステップでの反射点の移動範囲を原点位置前後の所定の範囲内とすることが好ましい。
【００５３】
そして、反射点が参照光の光路長と第１測定光及び第２測定光の光路長とが等しくなる原点位置となると、原点位置での強度データは参照光と第１測定光と第２測定光との強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとるとともに、この強度データは原点位置の前後で対称となる。演算部２０はこの原点位置の位置情報を原点位置情報として記録する（原点情報取得ステップ）。
【００５４】
上記の原点位置情報の取得法は最も高精度であり本発明に係るレーザ測距装置に好適なものであるが、必ずしもこの方法を用いる必要は無い。尚、原点位置情報の取得は測定毎に行うことが好ましいが、さほど高精度の測定値を必要としない場合にはこの限りではない。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように被測定物６を第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に配置する。このとき、被測定物６を中間地点Ｐ０と重なるように配置することが好ましい。被測定物６を中間地点Ｐ０と重ならないように配置すると、測定時の第１測定光の光路長もしくは第２測定光の光路長のいずれか一方が原点位置における参照光の光路長より長くなり他方が短くなる。このよう場合、本願の測距方法においては移動手段２２を測定中に逆動作させて参照光の光路長を増加させる方向と減少させる方向とに移動させる必要が生じる。移動手段２２であるモータ等の機械は、一定方向に動作させる場合においては位置情報と実際の位置とに大きな差は生じないが、逆動作させるとバックラッシュが発生し位置情報と実際の位置とに誤差が生じる。被測定物６を中間地点Ｐ０と重なるように配置すれば、測定時の第１測定光の光路長と第２測定光の光路長とはいずれも原点位置における参照光の光路長より短くなり、反射部１４は原点位置から参照光の光路長を減少させる方向のみに移動すればよく、移動手段２２が逆動作する必要は無い。よって、高精度の厚み測定を行うことができる。尚、移動手段２２に高精度のアクチュエータを用いれば、バックラッシュを含む繰り返し位置精度は約２０ｎｍ程度である。よって、これら移動手段２２のバックラッシュに起因する誤差を許容できる場合には、被測定物６を中間地点Ｐ０と重ならない位置に配置して測定しても良い。
【００５６】
また、このとき中間地点Ｐ０から第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と中間地点Ｐ０から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を大まかに測定し距離Ｌ１、Ｌ２の大小関係を把握する。ここでは、仮にＬ１＜Ｌ２とする。尚、この大小関係の把握は、測定の効率化と前述の移動手段２２の逆動作を行わずに測定を行うための措置である。
【００５７】
次に、距離Ｌ１、Ｌ２のうち距離の短い方の測定点へ照射される測定光の光路上の遮蔽手段を除去し、距離の長い方の測定点へ照射される測定光の光路上に遮蔽手段を挿入する。ここでは、Ｌ１＜Ｌ２であるから、短い方の距離Ｌ１に対応する第１測定点Ｓ１に照射する第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、距離Ｌ２に対応する第２測定点Ｓ２に照射する第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。これにより、第２測定光は遮蔽されて第１測定光のみが第１測定点Ｓ１に照射される。
【００５８】
次に、この状態で第１の測距方法の第１データ取得ステップを行い第１強度データを取得する。
【００５９】
次に、第１の測距方法の第１記録ステップを行い第１位置の位置情報を第１位置情報として記録する。
【００６０】
次に、第１測定光の第１遮蔽手段３０ａを光路上に挿入し、第２測定光の第２遮蔽手段３０ｂを光路上から除去する。これにより、第１測定光は遮蔽されて第２測定光のみが第２測定点Ｓ２に照射されることとなる。この状態で第１の測距方法の第２データ取得ステップを行い第２強度データを取得する。
【００６１】
次に、第１の測距方法の第２記録ステップを行い第２位置の位置情報を第２位置情報として記録する。
【００６２】
次に演算部２０は、原点取得ステップで得られた原点位置情報と第１記録ステップで得られた第１位置情報と第２記録ステップで得られた第２位置情報とから、第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離である被測定物６の厚みｔを算出する。厚みｔの算出方法は、例えば、原点位置情報の値をＰ０、第１位置情報の値をＰ１、第２位置情報の値をＰ２とし、反射部１４が分割部１２に近づくにつれ位置情報の値が減少する場合、
ｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＝（Ｐ０−Ｐ１）＋（Ｐ０−Ｐ２）
となる。以上が測定ステップに相当する。
【００６３】
尚、被測定物６が中間地点Ｐ０と重なっておらず、例えば第２出射口１６ｂ側にずれていた場合、距離Ｌ１は中間地点Ｐ０から第１測定点Ｓ１までの距離となり、距離Ｌ２は中間地点Ｐ０から第２測定点Ｓ２までの距離、即ち被測定物６の厚みｔ＋Ｌ１となる。この場合、厚みｔは、
ｔ＝Ｌ２−Ｌ１ となるが、
上記の式の（Ｐ０−Ｐ１）の値が負となるから、同様に
ｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＝（Ｐ０−Ｐ１）＋（Ｐ０−Ｐ２） ただし（Ｐ０−Ｐ１）＜０
となる。
【００６４】
尚、レーザ測距装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃの参照光、第１測定光、第２測定光の光路は部分的に光ファイバで置き換えても良い。
【００６５】
以上のように、本発明に係る測距方法及レーザ測距装置によれば、測定光を第１測定光と第２測定光とに分割し、第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１に照射した上で、第１測定光と参照光との干渉光の明部のピーク位置とその位置における干渉光の対称性に基づいて、第１測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。また、第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２に照射した上で、第２測定光と参照光との干渉光の明部のピーク位置とその位置における干渉光の対称性に基づいて、第２測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。そして、これらの位置に基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２間の厚み方向の距離もしくは被測定物６の厚みｔを測定する。よって、レーザ光の可干渉性を用いた高精度な測距を行うことができる。
【００６６】
尚、上記で示したレーザ測距装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃは本発明に好適な例であるから、各部の構成、及び各光路等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
６ 被測定物
１０ レーザ照射手段
１２ 分割部
１４ 反射部
１６ａ 第１出射口
１６ｂ 第２出射口
１８ 受光部
２０ 演算部
２４ 位置情報取得部
２８ 測定光分割部
３０ａ 第１遮蔽手段
３０ｂ 第２遮蔽手段
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ レーザ測距装置
Ｓ１ 第１測定点
Ｓ２ 第２測定点
Ｌ （被測定物の厚み方向の）距離
ｔ （被測定物の）厚み
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の干渉を用いて被測定物の測定点間の測距を行う測距方法及びレーザ測距装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ光を用いたレーザ測距方法は、例えばレーザ光を参照光と測定光とに分割し、その参照光と被測定物で反射された測定光との時間差から両者の光路差を求めることで被測定物までの距離を測定する。このような参照光と測定光との時間差から測距を行う従来のレーザ測距方法では、その測距精度はレーザ光の波長レベル、即ちｎｍ（ナノメートル）オーダーには遠く及ばない。
【０００３】
そこで本願発明者は下記［特許文献１］に示すように、波長の異なる複数のレーザ光を用い、さらにその光路差を変化させることでレーザ光の特徴である可干渉性を利用した高精度のレーザ測距方法及びそのレーザ測距方法を行うレーザ測距装置に関する発明を行った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公報第２００８／０９９７８８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
［特許文献１］に開示された発明により被測定物までの距離を高精度に測距することが可能となったが、実用に際しては被測定物までの距離を測距するよりも被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を測距する方が有用である場合が多く、この点に関して更なる改善が望まれる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光の特徴である可干渉性を利用するとともに、被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を高精度に測定する測距方法及びレーザ測距装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
（１）異なる波長の第１レーザ光と第２レーザ光とを分割点で参照光と測定光に２分割し、参照光をその光路長を変化させる方向に移動可能な反射点で反射させるとともに当該反射点で反射した参照光と被測定物６の測定点で反射した測定光とを干渉させ、その干渉光の強度変化に基づいて被測定物６の２つの測定点間の厚み方向の距離Ｌを測定する測距方法であって、
測定光をさらに測定光分割部２８で第１測定光と第２測定光とに分割するとともに、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射させ、反射した第１測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第１強度データを取得する第１データ取得ステップと、
第１強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第１位置情報として記録する第１記録ステップと、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射させ、反射した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第２強度データを取得する第２データ取得ステップと、
第２強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第２位置情報として記録する第２記録ステップと、
第１位置情報と第２位置情報とに基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する測定ステップと、
を有することを特徴とする測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射させるとともに第２測定光を第１測定点Ｓ１の裏面に位置する第２測定点Ｓ２で反射させ、
第１データ取得ステップの前に、第１測定光の光路長及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置を原点位置情報として記録する原点取得ステップを有するとともに、
測定ステップが第１位置情報と第２位置情報と原点位置情報とに基づいて被測定物６の厚みｔを算出することを特徴とする上記（１）記載の測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）無測定物状態で第１測定光と第２測定光とが同じ光路を互いに逆方向に進んで前記測定光分割部２８に帰還する光路をとり、
原点取得ステップによる原点位置情報の取得を、
無測定物状態で反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して帰還した第１測定光と帰還した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の強度データを取得する原点設定時の取得ステップと、
原点設定時の取得ステップで得られた強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を原点位置情報とする原点情報取得ステップと、
により行うことを特徴とする上記（２）記載の測距方法を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段１０と、当該レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部１２と、前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部１４と、当該反射部１４の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部２４と、前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部２８と、第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段３０ａと第２遮蔽手段３０ｂと、第１測定光を出射する第１出射口１６ａと第２測定光を出射する第２出射口１６ｂと、参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部１８と、前記位置情報取得部２４からの位置情報と前記受光部１８からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部２０と、を備え、
上記（１）記載の第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを測距することを特徴とするレーザ測距装置５０ａ、５０ｂを提供することにより、上記課題を解決する。
（５）波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段１０と、当該レーザ照射手段１０から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部１２と、前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部１４と、当該反射部１４の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部２４と、前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部２８と、第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段３０ａと第２遮蔽手段３０ｂと、被測定物６の配置位置を挟んで対向する位置に設けられ第１測定光を出射する第１出射口１６ａと第２測定光を出射する第２出射口１６ｂと、参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部１８と、前記位置情報取得部２４からの位置情報と前記受光部１８からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部２０と、を備え、
上記（２）又は（３）記載の原点取得ステップと第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い被測定物６の厚みｔを測定することを特徴とするレーザ測距装置５０ｃを提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る測距方法及びレーザ測距装置によれば、被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置の変形例の概略構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の形態のレーザ測距装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る測距方法及びレーザ測距装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１に本発明に係る第１の形態のレーザ測距装置５０ａを示す。尚、図１〜図３中の破線はレーザ光の光路を示す。図１に示す本発明に係るレーザ測距装置５０ａは、所定の発振波長の第１レーザ光を出射する第１レーザ照射手段１０ａと、第１レーザ光とは異なる発振波長の第２レーザ光を出射する第２レーザ照射手段１０ｂと、を備えたレーザ照射手段１０を有している。
【００１２】
レーザ照射手段１０の個々のレーザ照射手段（本例における第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂ）に関しては特に限定はなく、４００ｎｍ〜７５０ｎｍの可視光領域の発振波長を有するヘリウムネオンレーザやアルゴンレーザ、クリプトンイオンレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ等のガスレーザ、ルビーレーザやＹＡＧレーザ等の固体レーザ、金属レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。中でも特に、半導体レーザを用いることが好ましい。更に、各レーザ照射手段が出射するそれぞれのレーザ光の発振波長は、最大の発振波長を有するレーザ光の発振波長の±１０％〜±５０％の範囲内とすることが好ましく、特に最大の発振波長を有するレーザ光と最小の発振波長を有するレーザ光との発振波長の差が１００ｎｍ以内とすることが好ましい。尚、本例では単一の発振波長のレーザ光を出射するレーザ照射手段（第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂ）を複数用いた例を示しているが、一つのレーザ照射手段で複数の発振波長のレーザ光を同時に照射可能なものを用いても良い。この場合、後述するミラー４ａ、４ｂは用いる必要はない。
【００１３】
そして、上記の第１レーザ照射手段１０ａから出射した第１レーザ光は、第１レーザ光の光路上に設けられたミラー４ａで反射され分割部１２に向う。また、第２レーザ照射手段１０ｂから出射した第２レーザ光は、第２レーザ光の光路上に設けられたミラー４ｂで反射され第１レーザ光と同一光路上を通り分割部１２に向う。
【００１４】
分割部１２としてはハーフミラーやビームスプリッタ等が用いられ、分割部１２に到達した第１レーザ光及び第２レーザ光は分割部１２の分割点で２分割される。そして、一方は参照光として反射部１４に向かい、もう一方は測定光として測定光分割部２８に向う。尚、これ以降の記載では、参照光、測定光、第１測定光、第２測定光は、特に第１レーザ光、第２レーザ光と限定する記載をしない限り、基本的に第１レーザ光と第２レーザ光とで構成されるものとする。
【００１５】
分割部１２で分割された参照光は反射部１４の反射点にて反射され、分割部１２を通過して受光部１８に到達する。
【００１６】
また、反射部１４には移動手段２２が設置されており、移動手段２２の動作により反射部１４は反射点から分割点までの距離、即ち参照光の光路長が変化する方向に移動する。
【００１７】
位置情報取得部２４は、図示しない装置制御部からの信号を受けて移動手段２２を動作させるとともに、移動手段２２の動作によって変化する反射点の位置情報を演算部２０に出力する。尚、反射部１４と反射点とは固定であり、本願では反射点の絶対位置よりも相対位置が重要であるから、反射点の位置情報は反射部１４の位置情報で間接的に代用することも可能である。尚、移動手段２２としては１ステップで５〜１０ｎｍ程度移動する摺動型超音波モータ等を用いることが好ましい。
【００１８】
一方、分割部１２で分割された測定光は測定光分割部２８にて第１測定光と第２測定光とに２分割される。測定光分割部２８にて分割された第１測定光は第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１に向けて出射する。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２に向けて出射する。
【００１９】
そして、図１（ｂ）に示すように、被測定物６が存在するときには第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射された後、測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は、被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射された後、ミラー４ｆ’で反射され測定光分割部２８に帰還する。帰還した第１測定光と第２測定光とは測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。
【００２０】
また、第１測定光の光路上と第２測定光の光路上とには適宜挿入と除去が可能な第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂがそれぞれ設置されている。そして、第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂの挿入と除去とを交互に行うことで、第１測定光と第２測定光のいずれか一方のみを被測定物６側に照射することができる。尚、第１遮蔽手段３０ａ、第２遮蔽手段３０ｂとしては所定の角度を有する楔状反射板や無反射板を用いることができる。また、第１遮蔽手段３０ａ、第２遮蔽手段３０ｂはレーザ測距装置５０ａ及び後述のレーザ測距装置５０ｂ、５０ｃの内外を問わず第１測定光、第２測定光の光路上のいずれの位置に設置しても良い。
【００２１】
レーザ測距装置５０ａを構成する受光部１８は、反射点で反射した参照光と第１測定点Ｓ１で反射した第１測定光もしくは第２測定点Ｓ２で反射した第２測定光とを受光して、それらの干渉光の強度を電気信号に変換し演算部２０に出力する。
【００２２】
演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とに基づいて強度データを作成するとともに、後述する演算処理等を行う。
【００２３】
次に、本発明に係る第１の測距方法をレーザ測距装置５０ａの動作とともに説明する。
【００２４】
本発明に係るレーザ測距装置５０ａでは、予め第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄ（厳密には、測定光は往復するから光路差は２Ｌｄであるが、ここでは便宜的に片方向の光路差を光路差Ｌｄとする。）を取得する必要がある。よって、先ず初めに第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを取得する方法を説明する。尚、以下に示す光路差Ｌｄの取得方法は、基本的に第１の測距方法及びレーザ測距装置５０ａの動作と同等である。また、以下に示す光路差Ｌｄの取得方法は本発明に係るレーザ測距装置５０ａに好適なものであるが、必ずしもこの方法を用いる必要は無い。さらに、光路差Ｌｄの取得は測定毎に行う必要は無く、レーザ測距装置の出荷時等に行ってメモリ等に記録しておいても良い。
【００２５】
先ず、図１（ａ）に示すように、表面が平滑な平板５を、その第１測定点Ｓ１’に第１測定光が、第２測定点Ｓ２’に第２測定光が垂直に照射するように設置する。このとき、図１（ａ）のように測定光分割部２８が第２測定光を直角（９０°）に反射すると、測定光分割部２８から第１測定点Ｓ１’までの距離と、ミラー４ｆ’から第２測定点Ｓ２’までの距離とは等しい。次に、第１測定光の光路長よりも参照光の光路長が若干短くなる位置に反射部１４の反射点を位置させる。
【００２６】
次に、第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。次に、第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、参照光は反射点で反射され受光部１８に到達する。また、測定光分割部２８で分割された第１測定光は第１出射口１６ａから出射した後、平板５の第１測定点Ｓ１’で反射され、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。ただし、第２測定光は光路上に挿入された第２遮蔽手段３０ｂで遮蔽され受光部１８に到達することはない。
【００２７】
そして、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。尚、本例では参照光の光路長が増加する、即ち反射部１４が分割部１２から離れるにつれ位置情報の値が増加するものとする。そして、参照光の光路長が変化すると参照光と第１測定光との光路差が変化するから、受光部１８が受光する参照光と第１測定光の干渉光の強度は反射点の移動に伴って変化する。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第１強度データ）を作成し取得する（後述の第１データ取得ステップと同等）。
【００２８】
ここで、反射点がある特定の位置になると、参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しくなる。そして、参照光の光路長と測定光の光路長とが等しく光路差が存在しない場合には、どのような発振波長を有するレーザ光であってもその参照光と測定光とは強め合いその干渉光は明部のピークをとる。また、干渉光の波形はこの位置の前後で対称となる。反対に参照光の光路長と測定光の光路長とに光路差が存在する場合には、異なる発振波長を有するレーザ光の干渉光が同時に明部をとるような光路差の値は現実には存在しない。従って、反射点が参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しくなる位置となると、その位置では第１レーザ光の第１測定光と第１レーザ光の参照光とによる第１干渉光と、第２レーザ光の第１測定光と第２レーザ光の参照光とによる第２干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第１強度データのこの位置では第１干渉光と第２干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第１強度データはこの位置の前後で対称となる。演算部２０はこの位置の位置情報を第１位置情報として記録する（後述の第１記録ステップと同等）。
【００２９】
尚、移動手段２２はモータ等の機械的なものであるから、移動手段２２の精度によっては反射点を原点位置に完全に位置させることが困難な場合がある。よって、実際の処理では、予め上記のピークの値を把握した上で閾値を設定し、演算部２０はこの閾値を超えた領域の強度データに対し極大値をとる反射点の位置を算出した上で、この位置に対する対称性の確認を行い第１位置及び後述の第２位置の特定を行うようにすることが好ましい。
【００３０】
次に、第１測定光の光路上に第１遮蔽手段３０ａを挿入し、第２測定光の光路上の第２遮蔽手段３０ｂを除去する。これにより、第１測定光は光路上に挿入された第１遮蔽手段３０ａで遮蔽され受光部１８に到達することはない。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから出射した後、平板５の第２測定点Ｓ２’で反射され、ミラー４ｆ’、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００３１】
次に、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向にさらに移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。そして、演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第２強度データ）を作成し取得する（後述の第２データ取得ステップと同等）。
【００３２】
ここで、反射点がある特定の位置になると、参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる。そして、反射点が参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる位置となると、その位置では第１レーザ光の第２測定光と第１レーザ光の参照光とによる第３干渉光と、第２レーザ光の第２測定光と第２レーザ光の参照光とによる第４干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第２強度データのこの位置では第３干渉光と第４干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第２強度データはこの位置の前後で対称となる。演算部２０はこの位置の位置情報を第２位置情報として記録する（後述の第２記録ステップと同等）。
【００３３】
次に演算部２０は、第１記録ステップで得られた第１位置情報と、第２記録ステップで得られた第２位置情報とから第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを算出する。ここで、図１（ａ）においては、測定光分割部２８から第１測定点Ｓ１’までの距離と、ミラー４ｆ’から第２測定点Ｓ２’までの距離とは等しいから、現状での第１測定光と第２測定光との光路差はＬｄとなる。そして、第１測定光の光路長と等しい反射点の第１位置の値をＰ１’、第２測定光の光路長と等しい反射点の第２位置の値をＰ２’とし、反射部１４が分割部１２から離れるにつれ位置情報の値が増加する場合、光路差Ｌｄは以下の式で算出することができる。
Ｌｄ＝Ｐ２’−Ｐ１’
そして、演算部２０は算出された光路差Ｌｄの値をメモリ等に記録する。
【００３４】
次に、レーザ測距装置５０ａを用いて被測定物６の第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する方法を説明する。
【００３５】
先ず、図１（ｂ）に示すように被測定物６を、その第１測定点Ｓ１に第１測定光が、第２測定点Ｓ２に第２測定光が垂直に照射するように配置する。このとき、被測定物６の第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との位置関係を予め把握しておき、このうちレーザ測距装置５０ａから遠方となる測定点を第２測定点Ｓ２として（装置内部における光路長の長い）第２測定光の第２出射口１６ｂの側に配置し、近い側となる測定点を第１測定点Ｓ１として（装置内部における光路長の短い）第１測定光の第１出射口１６ａの側に配置することが好ましい。尚、第１測定点Ｓ１及び第２測定点Ｓ２を上記と逆の位置に配置し、さらに（距離Ｌ）＞（光路差Ｌｄ） の場合には、後述の第２データ取得ステップ及び第２記録ステップを第１データ取得ステップ及び第１記録ステップより先に行うことが好ましい。このようにすれば、移動手段２２を逆動作させることなく一定方向に動作させて測距を行うことができる。
【００３６】
次に、移動手段２２は反射点を予め設定されている起点に位置させる。この起点は被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第１測定点Ｓ１の側から測定を始める場合には、参照光の光路長が最も短くなる位置未満である。尚、被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第２測定点Ｓ２の側から測定を始める場合には、この起点を参照光の光路長が最も長くなる位置未満として、移動手段２２は参照光の光路長が減少する方向に反射点を移動させる。本例では、被測定物６を図１（ｂ）に示すように位置させた上で、第１測定点Ｓ１の側から測定を始める場合を説明する。従って、反射点の起点は参照光の光路長が最も短くなる位置未満となる。
【００３７】
次に、第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。次に、第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、測定光分割部２８で分割された第２測定光は第２遮蔽手段３０ｂで遮蔽され、第１測定光のみが第１出射口１６ａから出射した後、被測定物６の第１測定点Ｓ１で反射され、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００３８】
そして、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第１強度データ）を作成し取得する（第１データ取得ステップ）。
【００３９】
ここで、前述のように、反射点が参照光の光路長と第１測定光の光路長とが等しい第１位置となると、この第１位置では第１レーザ光の第１測定光と第１レーザ光の参照光とによる第１干渉光と、第２レーザ光の第１測定光と第２レーザ光の参照光とによる第２干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第１強度データはこの第１位置で第１干渉光と第２干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第１強度データはこの第１位置の前後で対称となる。演算部２０はこの第１位置の位置情報を第１位置情報として記録する（第１記録ステップ）。
【００４０】
次に、第１測定光の光路上に第１遮蔽手段３０ａを挿入し、第２測定光の光路上の第２遮蔽手段３０ｂを除去する。これにより、第１測定光は遮蔽される。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ’で反射され第２出射口１６ｂから出射した後、被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射され、ミラー４ｆ’、測定光分割部２８、分割点を経由して受光部１８に到達する。
【００４１】
次に、この状態を維持しながら位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が増加する方向にさらに移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。そして、演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（第２強度データ）を作成し取得する（第２データ取得ステップ）。
【００４２】
そして、反射点が参照光の光路長と第２測定光の光路長とが等しくなる第２位置となると、この第２位置では第１レーザ光の第２測定光と第１レーザ光の参照光とによる第３干渉光と、第２レーザ光の第２測定光と第２レーザ光の参照光とによる第４干渉光とが同時に明部のピークをとる。従って、第２強度データはこの第２位置で第３干渉光と第４干渉光の明部のピークの強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとる。また、第２強度データはこの第２位置の前後で対称となる。演算部２０はこの第２位置の位置情報を第２位置情報として記録する（第２記録ステップ）。
【００４３】
次に演算部２０は、第１記録ステップで得られた第１位置情報と、第２記録ステップで得られた第２位置情報と、予め求められた第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄとから第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離Ｌを算出する。距離Ｌの算出は例えば、第１位置情報の値をＰ１、第２位置情報の値をＰ２とし、（第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１までの距離）＜（第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２までの距離） の場合には以下の式で算出することができる。
Ｌ＝（Ｐ２−Ｐ１）−Ｌｄ
また、（第１出射口１６ａから第１測定点Ｓ１までの距離）＞（第２出射口１６ｂから第２測定点Ｓ２までの距離） の場合には以下の式で算出することができる。
Ｌ＝（Ｐ１−Ｐ２）＋Ｌｄ
以上が測定ステップに相当する。
【００４４】
尚、図２に示す第１の形態の変形例のレーザ測距装置５０ｂのように、ミラー４ｃ’で第１測定光を直角に反射させ、ミラー４ｃ’、ミラー４ｄ’をその間の距離が測定光分割部２８とミラー４ｆ’間の距離（光路差Ｌｄ）と等しくなるように設置して、第１測定光と第２測定光との装置内部における光路差Ｌｄを無くしても良い。この構成によれば、光路差Ｌｄの測距が不要なことに加え、測定ステップにおける距離Ｌの算出を第１測定点Ｓ１、第２測定点Ｓ２の位置関係によらず、
Ｌ＝|Ｐ２−Ｐ１|
の式で行うことができる。
【００４５】
次に、図３に本発明に係る第２の形態のレーザ測距装置５０ｃを示す。第２の形態のレーザ測距装置５０ｃは被測定物６の一面側の第１測定点Ｓ１と、第１測定点Ｓ１の裏面に位置する第２測定点Ｓ２を測距することで、被測定物６の厚みを測距するものである。従って、第１の形態のレーザ測距装置５０ａとは、第１測定光と第２測定光との光学経路が異なる以外は、基本的に同等である。
【００４６】
そして、レーザ測距装置５０ｃにおいては、測定光分割部２８にて分割された第１測定光は、ミラー４ｃ、ミラー４ｄ、ミラー４ｅで反射され第１出射口１６ａから第２出射口１６ｂに向けて出射する。また、測定光分割部２８で分割された第２測定光はミラー４ｆ、ミラー４ｇで反射され第２出射口１６ｂから第１出射口１６ａに向けて出射する。尚、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとは対向する位置に設けられ、被測定物６はこの第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に配置される。そして、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に何も存在しない無測定物状態の場合には、第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、第２出射口１６ｂから再度レーザ測距装置５０内に入射してミラー４ｇ、ミラー４ｆで反射され測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は第１出射口１６ａから再度レーザ測距装置５０内に入射してミラー４ｅ、ミラー４ｄ、ミラー４ｃで反射され測定光分割部２８に帰還する。よって、無測定物状態においては第１測定光と第２測定光とは同じ光路を互いに逆方向に進んで測定光分割部２８に帰還することとなる。尚、測定光分割部２８から第１出射口１６ａまでの第１測定光の光路長と測定光分割部２８から第２出射口１６ｂまでの第２測定光の光路長とは必ずしも完全に等しくする必要は無いが、略同等として無測定物状態における第１測定光及び第２測定光の測定光分割部２８から測定光分割部２８に帰還するまでの光路（即ち、第１測定光における測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８までの光路）の中間地点Ｐ０を、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間の中間位置近傍とすることが好ましい。
【００４７】
そして、無測定物状態において上記の光路を辿って測定光分割部２８に帰還した第１測定光と第２測定光とは、測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。また、図３（ｂ）に示すように、第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に被測定物６が存在する場合、第１出射口１６ａから出射した第１測定光は、被測定物６の一方の面上の第１測定点Ｓ１で反射された後、ミラー４ｅ、ミラー４ｄ、ミラー４ｃで反射され測定光分割部２８に帰還する。また、第２出射口１６ｂから出射した第２測定光は、第１測定点Ｓ１の裏面に位置する被測定物６の第２測定点Ｓ２で反射された後、ミラー４ｇ、ミラー４ｆで反射され測定光分割部２８に帰還する。帰還した第１測定光もしくは第２測定光は同様に測定光分割部２８を透過して分割部１２で反射され受光部１８に到達する。
【００４８】
次に、本発明に係る第２の測距方法をレーザ測距装置５０ｃの動作とともに説明する。
【００４９】
本発明に係る第２の測距方法では、先ず、第１測定光及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置（原点位置）を取得して原点位置情報として記録する原点取得ステップを行う。尚、原点位置情報の取得は以下のようにして行うことが好ましい。
【００５０】
先ず、無測定物状態における第１測定光の光路長（分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８間の距離）よりも参照光の光路長（分割点→反射点→分割点→受光部１８間の距離）が若干長くなる位置に反射部１４の反射点を位置させる。
【００５１】
次に、第１遮蔽手段３０ａ及び第２遮蔽手段３０ｂを第１測定光及び第２測定光の光路上から除去する。次に、無測定物状態で第１レーザ照射手段１０ａ、第２レーザ照射手段１０ｂを動作させ波長の異なる第１レーザ光及び第２レーザ光を同時に照射する。これにより、参照光は分割点→反射点→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。また、第１測定光は分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｃ→ミラー４ｄ→ミラー４ｅ→第１出射口１６ａ→第２出射口１６ｂ→ミラー４ｇ→ミラー４ｆ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。また、第２測定光は分割点→測定光分割部２８→ミラー４ｆ→ミラー４ｇ→第２出射口１６ｂ→第１出射口１６ａ→ミラー４ｅ→ミラー４ｄ→ミラー４ｃ→測定光分割部２８→分割点→受光部１８の光路をとって受光部１８に到達する。尚、無測定物状態では第１測定光の光路長と第２測定光の光路長とは等しい。
【００５２】
そして、レーザ光の照射を維持した状態で、位置情報取得部２４が移動手段２２を動作させ反射点を反射部１４ごと参照光の光路長が減少する方向に移動させる。またこれと同時に、位置情報取得部２４は反射点（反射部１４）の位置情報を演算部２０へ出力する。尚、ここでは参照光の光路長が減少する、即ち反射部１４が分割部１２に近づくにつれ位置情報の値が減少するものとする。演算部２０は位置情報取得部２４からの位置情報と受光部１８からの干渉光の強度とから反射点の位置と対応する強度のデータ（強度データ）を作成し取得する（原点設定時の取得ステップ）。尚、予め原点位置を大まかに把握しておき、本ステップでの反射点の移動範囲を原点位置前後の所定の範囲内とすることが好ましい。
【００５３】
そして、反射点が参照光の光路長と第１測定光及び第２測定光の光路長とが等しくなる原点位置となると、原点位置での強度データは参照光と第１測定光と第２測定光との強度が合算された所定の強度以上の明部のピークをとるとともに、この強度データは原点位置の前後で対称となる。演算部２０はこの原点位置の位置情報を原点位置情報として記録する（原点情報取得ステップ）。
【００５４】
上記の原点位置情報の取得法は最も高精度であり本発明に係るレーザ測距装置に好適なものであるが、必ずしもこの方法を用いる必要は無い。尚、原点位置情報の取得は測定毎に行うことが好ましいが、さほど高精度の測定値を必要としない場合にはこの限りではない。
【００５５】
次に、図３（ｂ）に示すように被測定物６を第１出射口１６ａと第２出射口１６ｂとの間に配置する。このとき、被測定物６を中間地点Ｐ０と重なるように配置することが好ましい。被測定物６を中間地点Ｐ０と重ならないように配置すると、測定時の第１測定光の光路長もしくは第２測定光の光路長のいずれか一方が原点位置における参照光の光路長より長くなり他方が短くなる。このよう場合、本願の測距方法においては移動手段２２を測定中に逆動作させて参照光の光路長を増加させる方向と減少させる方向とに移動させる必要が生じる。移動手段２２であるモータ等の機械は、一定方向に動作させる場合においては位置情報と実際の位置とに大きな差は生じないが、逆動作させるとバックラッシュが発生し位置情報と実際の位置とに誤差が生じる。被測定物６を中間地点Ｐ０と重なるように配置すれば、測定時の第１測定光の光路長と第２測定光の光路長とはいずれも原点位置における参照光の光路長より短くなり、反射部１４は原点位置から参照光の光路長を減少させる方向のみに移動すればよく、移動手段２２が逆動作する必要は無い。よって、高精度の厚み測定を行うことができる。尚、移動手段２２に高精度のアクチュエータを用いれば、バックラッシュを含む繰り返し位置精度は約２０ｎｍ程度である。よって、これら移動手段２２のバックラッシュに起因する誤差を許容できる場合には、被測定物６を中間地点Ｐ０と重ならない位置に配置して測定しても良い。
【００５６】
また、このとき中間地点Ｐ０から第１測定点Ｓ１までの距離Ｌ１と中間地点Ｐ０から第２測定点Ｓ２までの距離Ｌ２を大まかに測定し距離Ｌ１、Ｌ２の大小関係を把握する。ここでは、仮にＬ１＜Ｌ２とする。尚、この大小関係の把握は、測定の効率化と前述の移動手段２２の逆動作を行わずに測定を行うための措置である。
【００５７】
次に、距離Ｌ１、Ｌ２のうち距離の短い方の測定点へ照射される測定光の光路上の遮蔽手段を除去し、距離の長い方の測定点へ照射される測定光の光路上に遮蔽手段を挿入する。ここでは、Ｌ１＜Ｌ２であるから、短い方の距離Ｌ１に対応する第１測定点Ｓ１に照射する第１測定光の光路上の第１遮蔽手段３０ａを除去し、距離Ｌ２に対応する第２測定点Ｓ２に照射する第２測定光の光路上に第２遮蔽手段３０ｂを挿入する。これにより、第２測定光は遮蔽されて第１測定光のみが第１測定点Ｓ１に照射される。
【００５８】
次に、この状態で第１の測距方法の第１データ取得ステップを行い第１強度データを取得する。
【００５９】
次に、第１の測距方法の第１記録ステップを行い第１位置の位置情報を第１位置情報として記録する。
【００６０】
次に、第１測定光の第１遮蔽手段３０ａを光路上に挿入し、第２測定光の第２遮蔽手段３０ｂを光路上から除去する。これにより、第１測定光は遮蔽されて第２測定光のみが第２測定点Ｓ２に照射されることとなる。この状態で第１の測距方法の第２データ取得ステップを行い第２強度データを取得する。
【００６１】
次に、第１の測距方法の第２記録ステップを行い第２位置の位置情報を第２位置情報として記録する。
【００６２】
次に演算部２０は、原点取得ステップで得られた原点位置情報と第１記録ステップで得られた第１位置情報と第２記録ステップで得られた第２位置情報とから、第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２との間の厚み方向の距離である被測定物６の厚みｔを算出する。厚みｔの算出方法は、例えば、原点位置情報の値をＰ０、第１位置情報の値をＰ１、第２位置情報の値をＰ２とし、反射部１４が分割部１２に近づくにつれ位置情報の値が減少する場合、
ｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＝（Ｐ０−Ｐ１）＋（Ｐ０−Ｐ２）
となる。以上が測定ステップに相当する。
【００６３】
尚、被測定物６が中間地点Ｐ０と重なっておらず、例えば第２出射口１６ｂ側にずれていた場合、距離Ｌ１は中間地点Ｐ０から第１測定点Ｓ１までの距離となり、距離Ｌ２は中間地点Ｐ０から第２測定点Ｓ２までの距離、即ち被測定物６の厚みｔ＋Ｌ１となる。この場合、厚みｔは、
ｔ＝Ｌ２−Ｌ１ となるが、
上記の式の（Ｐ０−Ｐ１）の値が負となるから、同様に
ｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＝（Ｐ０−Ｐ１）＋（Ｐ０−Ｐ２） ただし（Ｐ０−Ｐ１）＜０
となる。
【００６４】
尚、レーザ測距装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃの参照光、第１測定光、第２測定光の光路は部分的に光ファイバで置き換えても良い。
【００６５】
以上のように、本発明に係る測距方法及レーザ測距装置によれば、測定光を第１測定光と第２測定光とに分割し、第１測定光を被測定物６の第１測定点Ｓ１に照射した上で、第１測定光と参照光との干渉光の明部のピーク位置とその位置における干渉光の対称性に基づいて、第１測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。また、第２測定光を被測定物６の第２測定点Ｓ２に照射した上で、第２測定光と参照光との干渉光の明部のピーク位置とその位置における干渉光の対称性に基づいて、第２測定光と参照光との光路長が等しくなる反射点の位置を取得する。そして、これらの位置に基づいて第１測定点Ｓ１と第２測定点Ｓ２間の厚み方向の距離もしくは被測定物６の厚みｔを測定する。よって、レーザ光の可干渉性を用いた高精度な測距を行うことができる。
【００６６】
尚、上記で示したレーザ測距装置５０ａ、５０ｂ、５０ｃは本発明に好適な例であるから、各部の構成、及び各光路等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
６ 被測定物
１０ レーザ照射手段
１２ 分割部
１４ 反射部
１６ａ 第１出射口
１６ｂ 第２出射口
１８ 受光部
２０ 演算部
２４ 位置情報取得部
２８ 測定光分割部
３０ａ 第１遮蔽手段
３０ｂ 第２遮蔽手段
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ レーザ測距装置
Ｓ１ 第１測定点
Ｓ２ 第２測定点
Ｌ （被測定物の厚み方向の）距離
ｔ （被測定物の）厚み
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の第１レーザ光と第２レーザ光とを分割点で参照光と測定光に２分割し、
参照光をその光路長を変化させる方向に移動可能な反射点で反射させるとともに当該反射点で反射した参照光と被測定物の測定点で反射した測定光とを干渉させ、その干渉光の強度変化に基づいて被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を測定する測距方法であって、
測定光をさらに測定光分割部で第１測定光と第２測定光とに分割するとともに、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第１測定光を被測定物の第１測定点で反射させ、反射した第１測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第１強度データを取得する第１データ取得ステップと、
第１強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第１位置情報として記録する第１記録ステップと、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第２測定光を被測定物の第２測定点で反射させ、反射した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第２強度データを取得する第２データ取得ステップと、
第２強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第２位置情報として記録する第２記録ステップと、
第１位置情報と第２位置情報とに基づいて第１測定点と第２測定点との間の厚み方向の距離を算出する測定ステップと、
を有することを特徴とする測距方法。
【請求項２】
第１測定光を被測定物の第１測定点で反射させるとともに第２測定光を第１測定点の裏面に位置する第２測定点で反射させ、
第１データ取得ステップの前に、第１測定光の光路長及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置を原点位置情報として記録する原点取得ステップを有するとともに、
測定ステップが第１位置情報と第２位置情報と原点位置情報とに基づいて被測定物の厚みを算出することを特徴とする請求項１記載の測距方法。
【請求項３】
無測定物状態で第１測定光と第２測定光とが同じ光路を互いに逆方向に進んで前記測定光分割部に帰還する光路をとり、
原点取得ステップによる原点位置情報の取得を、
無測定物状態で反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して帰還した第１測定光と帰還した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の強度データを取得する原点設定時の取得ステップと、
原点設定時の取得ステップで得られた強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を原点位置情報とする原点情報取得ステップと、
により行うことを特徴とする請求項２記載の測距方法。
【請求項４】
波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段と、
当該レーザ照射手段から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部と、
前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部と、
当該反射部の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部と、
第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段と第２遮蔽手段と、
第１測定光を出射する第１出射口と第２測定光を出射する第２出射口と、
参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記位置情報取得部からの位置情報と前記受光部からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部と、を備え、
請求項１記載の第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い第１測定点と第２測定点との間の厚み方向の距離を測距することを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項５】
波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段と、
当該レーザ照射手段から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部と、
前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部と、
当該反射部の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部と、
第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段と第２遮蔽手段と、
被測定物の配置位置を挟んで対向する位置に設けられ第１測定光を出射する第１出射口と第２測定光を出射する第２出射口と、
参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記位置情報取得部からの位置情報と前記受光部からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部と、を備え、
請求項２又は請求項３記載の原点取得ステップと第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い被測定物の厚みを測定することを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項１】
異なる波長の第１レーザ光と第２レーザ光とを分割点で参照光と測定光に２分割し、
参照光をその光路長を変化させる方向に移動可能な反射点で反射させるとともに当該反射点で反射した参照光と被測定物の測定点で反射した測定光とを干渉させ、その干渉光の強度変化に基づいて被測定物の２つの測定点間の厚み方向の距離を測定する測距方法であって、
測定光をさらに測定光分割部で第１測定光と第２測定光とに分割するとともに、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第１測定光を被測定物の第１測定点で反射させ、反射した第１測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第１強度データを取得する第１データ取得ステップと、
第１強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第１位置情報として記録する第１記録ステップと、
反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して第２測定光を被測定物の第２測定点で反射させ、反射した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の第２強度データを取得する第２データ取得ステップと、
第２強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を第２位置情報として記録する第２記録ステップと、
第１位置情報と第２位置情報とに基づいて第１測定点と第２測定点との間の厚み方向の距離を算出する測定ステップと、
を有することを特徴とする測距方法。
【請求項２】
第１測定光を被測定物の第１測定点で反射させるとともに第２測定光を第１測定点の裏面に位置する第２測定点で反射させ、
第１データ取得ステップの前に、第１測定光の光路長及び第２測定光の光路長と参照光の光路長とが等しくなる反射点の位置を原点位置情報として記録する原点取得ステップを有するとともに、
測定ステップが第１位置情報と第２位置情報と原点位置情報とに基づいて被測定物の厚みを算出することを特徴とする請求項１記載の測距方法。
【請求項３】
無測定物状態で第１測定光と第２測定光とが同じ光路を互いに逆方向に進んで前記測定光分割部に帰還する光路をとり、
原点取得ステップによる原点位置情報の取得を、
無測定物状態で反射点の位置を移動させながら第１レーザ光と第２レーザ光とを照射して帰還した第１測定光と帰還した第２測定光と反射点で反射した参照光との干渉光の強度データを取得する原点設定時の取得ステップと、
原点設定時の取得ステップで得られた強度データがその前後で対称となり且つ所定の強度以上のピークをとる反射点の位置を原点位置情報とする原点情報取得ステップと、
により行うことを特徴とする請求項２記載の測距方法。
【請求項４】
波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段と、
当該レーザ照射手段から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部と、
前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部と、
当該反射部の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部と、
第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段と第２遮蔽手段と、
第１測定光を出射する第１出射口と第２測定光を出射する第２出射口と、
参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記位置情報取得部からの位置情報と前記受光部からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部と、を備え、
請求項１記載の第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い第１測定点と第２測定点との間の厚み方向の距離を測距することを特徴とするレーザ測距装置。
【請求項５】
波長の異なる２つのレーザ光を出射するレーザ照射手段と、
当該レーザ照射手段から出射したレーザ光を参照光と測定光とに分割する分割部と、
前記参照光を反射するとともに前記参照光の光路長が変化する方向に移動可能な反射部と、
当該反射部の反射点の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記測定光を第１測定光と第２測定光とに分割する測定光分割部と、
第１測定光と第２測定光の光路上に設けられ第１測定光及び第２測定光の遮蔽と通過とを切換える第１遮蔽手段と第２遮蔽手段と、
被測定物の配置位置を挟んで対向する位置に設けられ第１測定光を出射する第１出射口と第２測定光を出射する第２出射口と、
参照光と第１測定光もしくは第２測定光とを受光してその干渉光の強度に応じた信号を出力する受光部と、
前記位置情報取得部からの位置情報と前記受光部からの信号とから強度データを作成しさらに所定の演算を行う演算部と、を備え、
請求項２又は請求項３記載の原点取得ステップと第１データ取得ステップと第１記録ステップと第２データ取得ステップと第２記録ステップと測定ステップとを行い被測定物の厚みを測定することを特徴とするレーザ測距装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−９５１９６（Ｐ２０１１−９５１９６Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１５７９（Ｐ２００９−２５１５７９）
【出願日】平成２１年１１月２日（２００９．１１．２）
【出願人】（５０７０３９６２６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２日（２００９．１１．２）
【出願人】（５０７０３９６２６）
【Ｆターム（参考）】
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