JP2008139059A - 距離計および距離計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱光の影響を除去しつつ、測定対象との距離を計測する。
【解決手段】距離計は、発振波長が増加する第１の発振期間と発振波長が減少する第２の発振期間が交互に存在し、かつ発振波形の周波数が周期毎に変化するように、半導体レーザ１の発振波長を変調するレーザドライバ４と、半導体レーザ１の出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、フォトダイオード２の出力に含まれる外乱光の成分を除去し、除去後の出力に含まれる干渉の情報を発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する周波数計測装置８と、換算後の干渉波形の周波数から測定対象１２との距離を求める演算手段９とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光の干渉を利用して測定対象との距離を計測する干渉型の距離計および距離計測方法に関するものである。

レーザによる光の干渉を利用した距離計測は、非接触測定のため測定対象を乱すことなく、高精度の測定方法として古くから用いられている。最近では、半導体レーザは装置の小型化のため、光計測用光源として利用されようとしている。その代表的な例として、ＦＭヘテロダイン干渉計を利用したものがある。これは、比較的長距離測定が可能で精度もよいが、半導体レーザの外部に干渉計を用いているため、光学系が複雑になるという欠点を有する。

これに対して、レーザの出力光と測定対象からの戻り光との半導体レーザ内部での干渉（自己結合効果）を利用した計測器が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。このような自己結合型のレーザ計測器によれば、フォトダイオード内蔵の半導体レーザが発光、干渉、受光の各機能を兼ねているため、外部干渉光学系を大幅に簡略化することができる。したがって、センサ部が半導体レーザとレンズのみとなり、従来のものに比べて小型となる。また、三角測量法より距離測定範囲が広いという特徴を有する。

ＦＰ型（ファブリペロー型）半導体レーザの複合共振器モデルを図１３に示す。図１３において、１０１は半導体レーザ、１０２は半導体結晶の壁開面、１０３はフォトダイオード、１０４は測定対象である。測定対象１０４からの反射光の一部が発振領域内に戻り易い。戻って来たわずかな光は、共振器１０１内のレーザ光と結合し、動作が不安定となり雑音（複合共振器ノイズまたは戻り光ノイズ）を生じる。戻り光による半導体レーザの特性の変化は、出力光に対する相対的な戻り光量が、極めてわずかであっても顕著に現れる。このような現象は、ファブリペロー型（以下、ＦＰ型）半導体レーザに限らず、Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ型（以下、ＶＣＳＥＬ型）、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ ｌａｓｅｒ型（以下、ＤＦＢレーザ型）など、他の種類の半導体レーザにおいても同様に現れる。

レーザの発振波長をλ、測定対象１０４に近い方の壁開面１０２から測定対象１０４までの距離をＬとすると、以下の共振条件を満足するとき、戻り光と共振器１０１内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
Ｌ＝ｎλ／２ ・・・（１）
式（１）において、ｎは整数である。この現象は、測定対象１０４からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザの共振器１０１内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。

半導体レーザは、注入電流の大きさに応じて周波数の異なるレーザ光を放射するので、発振周波数を変調する際に、外部変調器を必要とせず、注入電流によって直接変調が可能である。図１４は、半導体レーザの発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード１０３の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｎλ／２を満足したときに、戻り光と共振器１０１内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と共振器１０１内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｎλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と共振器１０１内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザの発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力を共振器１０１に設けられたフォトダイオード１０３で検出すると、図１４に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。

この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つをモードポップパルス（以下、ＭＨＰ）と呼ぶ。ＭＨＰは後述のモードホッピング現象とは異なる現象である。例えば、測定対象１０４までの距離がＬ１のとき、ＭＨＰの数が１０個であったとすれば、半分の距離Ｌ２では、ＭＨＰの数は５個になる。すなわち、ある一定時間において半導体レーザの発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変わる。したがって、ＭＨＰをフォトダイオード１０３で検出し、ＭＨＰの周波数を測定すれば、容易に距離計測が可能となる。なお、ＦＰ型半導体レーザに特有のモードホッピング現象は、図１５に示すように、注入電流の連続的な増減に応じて発振波長に不連続な箇所が生じる現象である。注入電流の増加時と減少時とにおいて僅かにヒステリシスを有する。

上田正，山田諄，紫藤進，「半導体レーザの自己結合効果を利用した距離計」，１９９４年度電気関係学会東海支部連合大会講演論文集，１９９４年 山田諄，紫藤進，津田紀生，上田正，「半導体レーザの自己結合効果を利用した小型距離計に関する研究」，愛知工業大学研究報告，第３１号Ｂ，ｐ．３５−４２，１９９６年 Guido Giuliani，Michele Norgia，Silvano Donati and Thierry Bosch，「Laser diode self-mixing technique for sensing applications」，JOURNAL OF OPTICS A:PURE AND APPLIED OPTICS，ｐ．２８３−２９４，２００２年

以上のように、光の干渉を利用すれば、測定対象との距離を計測することができる。しかしながら、自己結合型を含む従来の干渉型の距離計では、測定期間中のＭＨＰの周波数を抽出するため、外乱光の周波数が測定すべきＭＨＰの周波数と同程度である場合、外乱光を取り除くことができず、測定に誤りが生じるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、外乱光の影響を除去しつつ、測定対象との距離を計測することができる距離計および距離計測方法を提供することを目的とする。

本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手段と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手段と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手段の計数結果に基づいて算出する算出手段と、前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。

また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手段と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手段と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手段の計数結果に基づいて算出する算出手段と、前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。

また、本発明の距離計の１構成例において、前記換算手段は、前記発振波形の基準周波数をｆとし、前記周波数測定手段が干渉波形の周波数を測定したときの発振波形の周波数をα×ｆとしたとき、前記周波数測定手段が測定した干渉波形の周波数に１／αを乗算した値を前記換算後の干渉波形の周波数とするものである。
また、本発明の距離計の１構成例において、前記換算手段は、前記発振波形の基準振幅をＡとし、前記周波数測定手段が干渉波形の周波数を測定したときの発振波形の振幅をα×Ａとしたとき、前記周波数測定手段が測定した干渉波形の周波数に１／αを乗算した値を前記換算後の干渉波形の周波数とするものである。
また、本発明の距離計の１構成例において、前記算出手段は、外乱光の信号数をＮｎ、１周期前の発振波形の周波数が基準周波数の１／ｘ１倍で振幅が基準振幅のｙ１倍で、このとき前記計数手段で計測された信号数をＮａｌｌ_oldとし、前記干渉波形の数を算出しようとする現在の発振波形の周波数が基準周波数の１／ｘ２倍で振幅が基準振幅のｙ２倍で、このとき前記計数手段で計測された信号数をＮａｌｌ_newとしたとき、前記干渉波形の数Ｎを、Ｎ＝（Ｎａｌｌ_old−Ｎｎ×ｘ１）／ｙ１＝（Ｎａｌｌ_new−Ｎｎ×ｘ２）／ｙ２により算出するものである。

また、本発明の距離計測方法は、周期毎に周波数が変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、検出した干渉の情報から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去し、前記周波数成分を除去した後の干渉の情報を前記波長変調した波の周波数が基準周波数のときの値に換算し、換算後の干渉に関する情報に基づいて測定対象との距離を求めるようにしたものである。
また、本発明の距離計測方法は、周期毎に振幅が変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、検出した干渉の情報から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去し、前記周波数成分を除去した後の干渉の情報を前記波長変調した波の振幅が基準振幅のときの値に換算し、換算後の干渉に関する情報に基づいて測定対象との距離を求めるようにしたものである。
また、本発明の距離計測方法は、周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、前記波を電気信号に変換する受光器の出力に含まれる信号数を計数し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数の結果に基づいて算出し、前記干渉波形の数に基づいて測定対象との距離を求めるようにしたものである。

また、本発明の距離計測方法は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手順と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手順と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手順と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。
また、本発明の距離計測方法は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手順と、前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手順と、前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手順と、前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。
また、本発明の距離計測方法は、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手順の計数結果に基づいて算出する算出手順と、前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。

本発明によれば、発振波形の周波数（又は振幅）が周期毎に変化するように半導体レーザの発振波長を変調し、受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を外乱光の周波数成分として除去し、周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周波数を発振波形の周波数（又は振幅）が基準周波数（又は基準振幅）のときの値に換算し、換算後の干渉波形の周波数から測定対象との距離を求めることにより、外乱光の周波数が干渉波形の周波数と同程度の場合であっても、外乱光の影響を除去することができる。

また、本発明では、発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように半導体レーザの発振波長を変調し、受光器の出力に含まれる信号数を数え、干渉波形の数を、複数の周期にわたる計数結果に基づいて算出し、干渉波形の数から測定対象との距離を求めることにより、外乱光の周波数が干渉波形の周波数と同程度の場合であっても、外乱光の影響を除去することができる。

［第１の実施の形態］
本発明は、波長変調を用いたセンシングにおいて出射した波と対象物で反射した波の干渉信号をもとに距離を計測する手法である。したがって、自己結合型以外の光学式の干渉計、光以外の干渉計にも適用できる。半導体レーザの自己結合を用いる場合について、より具体的に説明すると、半導体レーザから測定対象にレーザ光を照射しつつ、レーザの発振波長を変化させると、発振波長が最小発振波長から最大発振波長まで変化する間（あるいは最大発振波長から最小発振波長まで変化する間）における測定対象の変位は、ＭＨＰの数に反映される。したがって、発振波長を変化させたときのＭＨＰの数を調べることで測定対象の状態を検出することができる。以上が、本発明の基本的な原理である。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図である。図１の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して測定対象１２に照射すると共に、測定対象１２からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ第１の発振期間と第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、半導体レーザ１の発振波長を変調するレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器５と、電流−電圧変換増幅器５の出力電圧を２回微分する信号抽出回路１１と、信号抽出回路１１の出力電圧に含まれる外乱光の周波数成分を除去し、信号抽出回路１１の出力電圧に含まれる干渉の情報を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する周波数計測装置８と、換算後の干渉波形の周波数から測定対象１２との距離を算出する演算装置９と、演算装置９の算出結果を表示する表示装置１０とを有する。電流−電圧変換増幅器５と信号抽出回路１１と周波数計測装置８とは、除去手段と周波数測定手段と換算手段とを構成している。

以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、前述のモードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。そして、モードホッピング現象を持つ型（ＦＰ型）の半導体レーザ１を用いた場合については、その旨を特記する。

例えば、レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返し、かつその周波数が周期毎に変化する三角波駆動電流を、注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返し、かつ第１の発振期間と第２の発振期間を１周期とする三角波の周波数が周期毎に変化するように駆動される。

図２は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図２において、ｔ−１はｔ−１番目の発振期間、ｔはｔ番目の発振期間、ｔ＋１はｔ＋１番目の発振期間、ｔ＋２はｔ＋２番目の発振期間、ｔ＋３はｔ＋３番目の発振期間、ｔ＋４はｔ＋４番目の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂ及び発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。図２から明らかなように、三角波の周波数は一定でなく、周期Ｔ毎に変化している。図２の例では、ｔ−１とｔの期間における三角波の周波数をｆＨｚとすると、ｔ＋１とｔ＋２の期間における周波数は２×ｆＨｚ、ｔ＋３とｔ＋４の期間における周波数はｆＨｚである。つまり、三角波の周波数は、ｆ，２×ｆ，ｆ，２×ｆ・・・・というように変化している。

なお、駆動電流が、第１の発振期間と第２の発振期間とが交互に少なくとも３期間連続する波形を持つ駆動電流であって、第１の発振期間においては発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含み、第２の発振期間においては発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む波形を持つ駆動電流であれば、例示した三角波以外の波形（例えば正弦波）を有するものを用いることができる。例えば、消費電流を抑制するために、２山毎（すなわち４期間毎）に休止期間を置いた間歇的な波形の駆動電流を用いることができる（図３）。

半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、測定対象１２に入射する。測定対象１２で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅器５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。信号抽出回路１１は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものであり、例えば二つの微分回路６，７が用いられる。微分回路６は、電流−電圧変換増幅器５の出力電圧を微分し、微分回路７は、微分回路６の出力電圧を微分する。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅器５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）は微分回路６の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｃ）は微分回路７の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらは、フォトダイオード２の出力である図４（Ａ）の波形（変調波）から、図２の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｃ）のＭＨＰ波形（重畳波）を抽出する過程を表している。

半導体レーザ１から放射されたレーザ光と測定対象１２からの戻り光とによって生じるＭＨＰの周波数は、上記三角波の周波数及び振幅に比例するという性質がある。一方、外乱光の周波数は、三角波の周波数及び振幅に依存しない。したがって、このような性質を利用することで、ＭＨＰと外乱光を区別して、外乱光の影響を除去することができる。

図５は周波数計測装置８の構成の１例を示すブロック図である。周波数計測装置８は、Fast Fourier Transform（以下、ＦＦＴ）を利用して信号抽出回路１１の出力（図４（Ｃ））の周波数特性を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に測定するＦＦＴ部８１と、ＦＦＴ部８１の測定結果を記憶する記憶部８２と、信号抽出回路１１の出力の周波数特性から外乱光の周波数を除去して、ＭＨＰの周波数を測定する判定部８３と、判定部８３で測定されたＭＨＰの周波数を三角波の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算部８４とから構成される。

まず、周波数計測装置８のＦＦＴ部８１は、信号抽出回路１１の出力の周波数特性を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に測定する。
記憶部８２は、ＦＦＴ部８１の測定結果を記憶する。判定部８３は、ＦＦＴ部８１の測定結果と記憶部８２に記憶された１周期前の測定結果とを比較して、信号抽出回路１１の出力の周波数特性から外乱光の周波数を除去する。

図６はＭＨＰと外乱光の三角波周波数依存性を示す図であり、図６（Ａ）は信号抽出回路１１の出力におけるＭＨＰの波形を模式的に示し、図６（Ｂ）は信号抽出回路１１の出力における外乱光の波形を模式的に示している。また、図７（Ａ）は三角波の周波数がｆＨｚのときの信号抽出回路１１の出力の周波数スペクトルを示し、図７（Ｂ）は三角波の周波数が２×ｆＨｚのときの信号抽出回路１１の出力の周波数スペクトルを示している。

三角波の周波数を周期Ｔ毎に変化させると、ＭＨＰの周波数は図６（Ａ）に示すように三角波の周波数に比例して変化する。つまり、周波数スペクトルで観測すると、三角波の周波数がｆＨｚであったときに図７（Ａ）のようにｆｓＨｚであったＭＨＰの周波数は、三角波の周波数が２×ｆＨｚになると、図７（Ｂ）に示すように２×ｆｓＨｚとなる。一方、外乱光の周波数は、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように三角波の周波数が変化しても一定である。

そこで、判定部８３は、ＦＦＴ部８１の測定結果と記憶部８２に記憶された１周期前の測定結果との信号強度差を周波数毎に求め、ＦＦＴ部８１の測定結果と１周期前の測定結果で周波数に変化がない信号、すなわち信号強度差が所定の強度差しきい値以下の信号を外乱光の影響による信号と判定して、この信号をＦＦＴ部８１の測定結果から除去する。そして、判定部８３は、外乱光の信号を除去した後のＦＦＴ部８１の測定結果において強度が最大の信号をＭＨＰの信号と判定して、ＭＨＰの周波数を測定する。

次に、換算部８４は、判定部８３で測定されたＭＨＰの周波数に対して、このＭＨＰの周波数が測定されたときの三角波の周波数に応じた係数を乗算する。三角波の基準周波数をｆＨｚとし、ＭＨＰの周波数が測定されたときの三角波の周波数をα×ｆＨｚとすると、このＭＨＰの周波数に乗算する係数は１／αとなる。例えばＭＨＰの周波数が測定されたときの三角波の周波数を２×ｆＨｚとすると、ＭＨＰの周波数は三角波の周波数がｆＨｚのときの２倍となっているので、このＭＨＰの周波数に係数１／α＝１／２を乗算することにより、ＭＨＰの周波数を、三角波が基準周波数ｆＨｚで一定のときの値に換算することができる。なお、三角波の周波数はレーザドライバ４から通知されるようになっている。換算部８４は、レーザドライバ４から通知される三角波の周波数に応じて係数の値を決定する。

こうして、信号抽出回路１１の出力電圧から外乱光の影響を除去して、ＭＨＰの周波数を計測することができる。周波数計測装置８は、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。

次に、演算装置９は、周波数計測装置８によって計測されたＭＨＰの周波数に基づいて測定対象１２との距離を求める。前述のとおりＭＨＰの周波数は測定距離に比例するので、ＭＨＰの周波数と距離とは図８に示すように直線的な関係にある。そこで、三角波が基準周波数ｆＨｚで一定のときのＭＨＰの周波数と距離との関係を予め求めて演算装置９のデータベース（不図示）に登録しておけば、演算装置９は、周波数計測装置８によって計測されたＭＨＰの周波数に対応する距離の値をデータベースから取得することにより、測定対象１２との距離を求めることができる。

あるいは、ＭＨＰの周波数と距離との関係を示す数式を予め求めて設定しておけば、演算装置９は、周波数計測装置８によって計測されたＭＨＰの周波数を数式に代入することにより、測定対象１２との距離を算出することができる。演算装置９は、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。
表示装置１０は、演算装置９によって算出された測定対象１２との距離（変位）をリアルタイムで表示する。

以上のように、本実施の形態では、三角波の周波数が周期毎に変化するように半導体レーザ１の発振波長を変調し、フォトダイオード２（受光器）の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を外乱光の周波数成分として除去し、周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周波数を三角波の周波数が基準周波数のときの値に換算し、換算後の干渉波形の周波数から測定対象との距離を求めることにより、外乱光の影響を除去することができる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、三角波の周波数を周期Ｔ毎に変化させたが、ＭＨＰの周波数は三角波の振幅にも比例するので、レーザドライバ４によって、図９に示すように三角波の振幅を周期Ｔ毎に変化させてもよい。図９の例では、ｔ−１とｔの期間における三角波の振幅をＡとすると、ｔ＋１とｔ＋２の期間における振幅は２×Ａとなっている。

本実施の形態では、三角波の振幅はレーザドライバ４から通知される。三角波の基準振幅をＡとし、ＭＨＰの周波数が測定されたときの三角波の振幅をα×Ａとすると、このＭＨＰの周波数に乗算する係数は１／αとなる。したがって、換算部８４は、判定部８３で測定されたＭＨＰの周波数に対して、このＭＨＰの周波数が測定されたときの三角波の振幅に応じた係数１／αを乗算すればよい。距離計のその他の構成及び処理は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、ＭＨＰの周波数から測定対象との距離を求めていたが、一定期間のＭＨＰの数から距離を求めることも可能である。図１０は本発明の第３の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態の周波数計測装置８の代わりに、計数装置１３を設けたものである。計数装置１３は、計数手段と算出手段とを構成している。

図１１は計数装置１３の構成の１例を示すブロック図である。計数装置１３は、信号抽出回路１１の出力の信号数を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に数えるカウンタ８６と、カウンタ８６の計数結果を記憶する記憶部８７と、カウンタ８６の計数結果と記憶部８７に記憶された過去の計数結果とからＭＨＰの数を算出する算出部８８とから構成される。

まず、計数装置１３のカウンタ８６は、信号抽出回路１１の出力の信号数を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に数える。記憶部８７は、カウンタ８６の計数結果を記憶する。
図１２はＭＨＰと外乱光の三角波振幅依存性を示す図であり、図１２（Ａ）は信号抽出回路１１の出力におけるＭＨＰの波形を模式的に示し、図１２（Ｂ）は信号抽出回路１１の出力における外乱光の波形を模式的に示している。

ＭＨＰの数Ｎは、図６（Ａ）に示すように三角波の周波数には依存しないが、図１２（Ａ）から明らかなように三角波の振幅をｙ倍することでｙ倍の数にすることができる。これに対し、外乱光の信号数Ｎｎは、図６（Ｂ）に示すように三角波の周波数に反比例するが、図１２（Ｂ）から明らかなように三角波の振幅には依存しない。
そこで、三角波の振幅や周波数を周期Ｔ毎に変化させることによって、ＭＨＰの数Ｎおよび外乱光の信号数Ｎｎを周期Ｔ毎に変化させることができ、ＭＨＰと外乱光を区別して、外乱光の影響を除去することができる。

三角波の周波数を１／ｘ倍、振幅をｙ倍したときのＭＨＰと外乱光を合わせた信号数Ｎａｌｌは以下のように表現できる。
Ｎａｌｌ＝Ｎ×ｙ＋Ｎｎ×ｘ ・・・（８）
この信号数Ｎａｌｌがカウンタ８６で観測される値である。式（８）より、ＭＨＰの数Ｎは、次式のように求めることができる。
Ｎ＝（Ｎａｌｌ−Ｎｎ×ｘ）／ｙ ・・・（９）

ここで、１周期前の三角波が基準周波数で基準振幅であったとし、このときカウンタ８６で計測されて記憶部８７に記憶された信号数をＮａｌｌ_oldとし、１周期後の現在の三角波の周波数が基準周波数の１／ｘ倍で振幅が基準振幅のｙ倍で、このときカウンタ８６によって計測された信号数をＮａｌｌ_newとすると、次式の連立方程式が得られる。
Ｎ＝（Ｎａｌｌ_old−Ｎｎ×１）／１＝（Ｎａｌｌ_new−Ｎｎ×ｘ）／ｙ
・・・（１０）

算出部８８は、式（１０）の連立方程式を解くことにより、ＭＨＰの数Ｎを求めることができる。こうして、信号抽出回路１１の出力電圧から外乱光の影響を除去して、ＭＨＰの数を取得することができる。計数装置１３は、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。

次に、本実施の形態の演算装置９ａの動作について説明する。演算装置９ａは、計数装置１３によって計測されたＭＨＰの数に基づいて測定対象１２との距離を求める。一定期間におけるＭＨＰの数は測定距離に比例する。そこで、三角波が基準周波数ｆＨｚで一定のときの一定期間（本実施の形態では第１の発振期間又は第２の発振期間）におけるＭＨＰの数と距離との関係を予め求めて演算装置９ａのデータベース（不図示）に登録しておけば、演算装置９ａは、計数装置１３によって計測されたＭＨＰの数に対応する距離の値をデータベースから取得することにより、測定対象１２との距離を求めることができる。

あるいは、一定期間におけるＭＨＰの数と距離との関係を示す数式を予め求めて設定しておけば、演算装置９ａは、計数装置１３によって計測されたＭＨＰの数を数式に代入することにより、測定対象１２との距離を算出することができる。演算装置９ａは、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。
距離計のその他の構成及び処理は第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、三角波の周波数と振幅のうち少なくとも一方を周期毎に変化させればよい。

なお、第１〜第３の実施の形態では、三角波の周波数又は振幅を１倍、２倍、１倍、２倍・・・・というように変化させているが、周波数又は振幅の変化量は２倍に限らないことは言うまでもない。
また、外乱光の出現頻度が周期的に変化する場合、三角波の変調の周期と一致すると、外乱光の除去が困難になるため、三角波の周波数又は振幅を１倍、２倍、１倍、２倍・・・・といった一定の規則でなく、ランダムに変化させることが好ましい。

また、ＭＨＰの信号は正弦波でないため、奇数倍の高調波を一般的には含む。そのため、外乱光の周波数とＭＨＰの周波数が一致しているときに、三角波の周波数又は振幅を奇数倍に変化させると、外乱光の高調波とＭＨＰとが同一の周波数になるため、外乱光を除去することが困難になる。したがって、三角波の周期毎の周波数（又は振幅）の変化量は、基準周波数（又は基準振幅）に対して偶数倍であることが好ましい。

また、第１〜第３の実施の形態における周波数計測装置８と演算装置９，９ａと計数装置１３は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、測定対象との距離を計測する技術に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の他の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅器の出力電圧波形及び微分回路の出力電圧波形を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態における周波数計測装置の構成の１例を示すブロック図である。 モードポップパルスと外乱光の三角波周波数依存性を示す図である。 三角波周波数が変化したときのモードポップパルスと外乱光の周波数変化を示す周波数スペクトル図である。 モードポップパルスの周波数と距離との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態における計数装置の構成の１例を示すブロック図である。 モードポップパルスと外乱光の三角波振幅依存性を示す図である。 従来のレーザ計測器における半導体レーザの複合共振器モデルを示す図である。 半導体レーザの発振波長と内蔵フォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。 モードホッピング現象によって不連続となった周波数の幅の大きさを示す図である。

符号の説明

１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅器、６、７…微分回路、８…周波数計測装置、９，９ａ…演算装置、１０…表示装置、１１…信号抽出回路、１２…測定対象、１３…計数装置、８１…ＦＦＴ部、８２…記憶部、８３…判定部、８４…換算部、８６…カウンタ、８７…記憶部、８８…算出部。

Claims (15)

1. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、
   前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、
   前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手段と、
   前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
2. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、
   前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、
   前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手段と、
   前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
3. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手段と、
   前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手段の計数結果に基づいて算出する算出手段と、
   前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
4. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、
   前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、
   前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手段と、
   前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
5. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手段と、
   前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手段と、
   前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手段と、
   前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
6. 測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
   発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調するレーザドライバと、
   前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、
   この受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手段と、
   前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手段の計数結果に基づいて算出する算出手段と、
   前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
7. 請求項１又は４記載の距離計において、
   前記換算手段は、前記発振波形の基準周波数をｆとし、前記周波数測定手段が干渉波形の周波数を測定したときの発振波形の周波数をα×ｆとしたとき、前記周波数測定手段が測定した干渉波形の周波数に１／αを乗算した値を前記換算後の干渉波形の周波数とすることを特徴とする距離計。
8. 請求項２又は５記載の距離計において、
   前記換算手段は、前記発振波形の基準振幅をＡとし、前記周波数測定手段が干渉波形の周波数を測定したときの発振波形の振幅をα×Ａとしたとき、前記周波数測定手段が測定した干渉波形の周波数に１／αを乗算した値を前記換算後の干渉波形の周波数とすることを特徴とする距離計。
9. 請求項３又は６記載の距離計において、
   前記算出手段は、外乱光の信号数をＮｎ、１周期前の発振波形の周波数が基準周波数の１／ｘ１倍で振幅が基準振幅のｙ１倍で、このとき前記計数手段で計測された信号数をＮａｌｌ_oldとし、前記干渉波形の数を算出しようとする現在の発振波形の周波数が基準周波数の１／ｘ２倍で振幅が基準振幅のｙ２倍で、このとき前記計数手段で計測された信号数をＮａｌｌ_newとしたとき、前記干渉波形の数Ｎを、Ｎ＝（Ｎａｌｌ_old−Ｎｎ×ｘ１）／ｙ１＝（Ｎａｌｌ_new−Ｎｎ×ｘ２）／ｙ２により算出することを特徴とする距離計。
10. 周期毎に周波数が変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、検出した干渉の情報から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去し、前記周波数成分を除去した後の干渉の情報を前記波長変調した波の周波数が基準周波数のときの値に換算し、換算後の干渉に関する情報に基づいて測定対象との距離を求めることを特徴とする距離計測方法。
11. 周期毎に振幅が変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、検出した干渉の情報から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去し、前記周波数成分を除去した後の干渉の情報を前記波長変調した波の振幅が基準振幅のときの値に換算し、換算後の干渉に関する情報に基づいて測定対象との距離を求めることを特徴とする距離計測方法。
12. 周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように波長変調した波を測定対象に放射し、前記波を電気信号に変換する受光器の出力に含まれる信号数を計数し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数の結果に基づいて算出し、前記干渉波形の数に基づいて測定対象との距離を求めることを特徴とする距離計測方法。
13. 半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離計測方法において、
    発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、
    前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手順と、
    前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手順と、
    前記干渉波形の周波数を前記発振波形の周波数が基準周波数のときの値に換算する換算手順と、
    前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。
14. 半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離計測方法において、
    発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の振幅が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、
    前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号から複数の周期にわたって周波数が変化しない周波数成分を除去する除去手順と、
    前記周波数成分を除去した後の受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の周波数を測定する周波数測定手順と、
    前記干渉波形の周波数を前記発振波形の振幅が基準振幅のときの値に換算する換算手順と、
    前記換算後の干渉波形の周波数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。
15. 半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離計測方法において、
    発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に少なくとも２期間存在し、かつ前記第１の発振期間と前記第２の発振期間を１周期とする発振波形の周波数と振幅のうち少なくとも一方が周期毎に変化するように、前記半導体レーザの発振波長を変調する発振手順と、
    前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力に含まれる信号数を数える計数手順と、
    前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、複数の周期にわたる前記計数手順の計数結果に基づいて算出する算出手順と、
    前記干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。

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