JP2009014701A - 距離・速度計および距離・速度計測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】距離・速度計は、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するように半導体レーザ1−1を動作させるレーザドライバ4−1と、レーザ1−1と逆位相で発振するように半導体レーザ1−2を動作させるレーザドライバ4−2と、レーザ1−1,1−2の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード2−1,2−2と、フォトダイオード2−1,2−2の出力に含まれる干渉波形の数をフォトダイオード2−1,2−2の各々について数える計数手段5−1,5−2,6−1,6−2,7と、レーザ1−1,1−2の最小発振波長及び最大発振波長と計数結果とから測定対象との距離及び測定対象の速度を算出する演算装置8とを有する。
【選択図】 図1
Description
L=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、q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。
また、本発明の距離・速度計の1構成例において、前記距離・速度確定手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると判定された場合、前記速度の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象との距離とし、前記測定対象が変位状態にあると判定された場合、前記速度の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象との距離とするものである。
また、本発明の距離・速度計の1構成例において、前記第1の所定数は0.5であり、前記第2の所定数は1.5である。
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、干渉計の基本的な原理である。
続いて、演算装置8の距離・速度算出部81は、測定対象11の速度の候補値及び測定対象11との距離の候補値を算出して、算出した値を記憶部80に格納する(図8ステップS202)。
Vα1(t,t+1)=(X(t)−Y(t+1))×λb/4 ・・・(2)
Vα2(t,t+1)=(Y(t)−X(t+1))×λa/4 ・・・(3)
Vβ3(t,t+1)=(X(t)+Y(t+1))×λb/4 ・・・(4)
Vβ4(t,t+1)=(Y(t)+X(t+1))×λa/4 ・・・(5)
Vα5(t)=(X(t)−Y(t))×(λa+λb)/8 ・・・(6)
Vβ6(t)=(X(t)+Y(t))×(λa+λb)/8 ・・・(7)
Lα1(t,t+1)=λa×λb(X(t)+Y(t+1))
/(4×(λa−λb)) ・・・(8)
Lα2(t,t+1)=λa×λb(Y(t)+X(t+1))
/(4×(λa−λb)) ・・・(9)
Lβ3(t,t+1)=λa×λb(X(t)−Y(t+1))
/(4×(λa−λb)) ・・・(10)
Lβ4(t,t+1)=λa×λb(Y(t)−X(t+1))
/(4×(λa−λb)) ・・・(11)
Lα5(t)=λa×λb(X(t)+Y(t))/(4×(λa−λb))
・・・(12)
Lβ6(t)=λa×λb(X(t)−Y(t))/(4×(λa−λb))
・・・(13)
このように、式(2)と式(3)の算出結果の平均値、あるいは式(4)と式(5)の算出結果の平均値を用いることで、耐ノイズ性を向上させることができる。なお、耐ノイズ性には劣るが、速度確定部83は、測定対象11が微小変位状態にあると判定された場合、速度の候補値Vα1(t,t+1)とVα2(t,t+1)のいずれか一方を測定対象11の速度の絶対値として確定してもよいし、測定対象11が変位状態にあると判定された場合、速度の候補値Vβ3(t,t+1)とVβ4(t,t+1)のいずれか一方を測定対象11の速度の絶対値として確定してもよい。
式(2)〜式(5)の算出結果を用いる場合よりも、式(6)あるいは式(7)を用いた方がより正確な速度を算出することができる。
ΣX=X(t)+X(t+1) ・・・(14)
ΣY=Y(t)+Y(t+1) ・・・(15)
速度確定部83は、式(14)のΣXと式(15)のΣYの大小を比較し、ΣYよりもΣXが大きい場合は測定対象11が距離・速度計に近づきつつあると判定し、ΣXよりもΣYが大きい場合は測定対象11が距離・速度計から遠ざかりつつあると判定する。
式(8)〜式(11)の算出結果を用いる場合よりも、式(12)あるいは式(13)を用いた方がより正確な距離を算出することができる。
表示装置9は、演算装置8によって算出された測定対象11との距離及び測定対象11の速度をリアルタイムで表示する。
また、本実施の形態では、半導体レーザ1−1,1−2の波長変化量の絶対値を等しくすることにより、距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、距離・速度計の全体の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。図12は本発明の第2の実施の形態における計数装置7の構成の1例を示すブロック図、図13はこの計数装置7の動作を示すフローチャートである。本実施の形態の計数装置7は、切替スイッチ70aと、判定部73−1,73−2と、論理積演算部(AND)74−1,74−2と、カウンタ75−1,75−2と、計数結果補正部76−1,76−2と、記憶部77と、周期和算出部78−1,78−2と、個数算出部79−1,79−2とから構成される。
記憶部77は、カウンタ75−1,75−2の計数結果と計数結果補正部76−1,76−2のそれぞれの周期測定部760の測定結果を記憶する。
N’=N+Nw−Ns ・・・(16)
式(16)において、Nはカウンタ75−1の計数結果であるMHPの数、N’は補正後の計数結果である。
本来、MHPの周期は測定対象11との距離によって異なるが、測定対象11との距離が不変であれば、MHPは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、MHPの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、MHPの数に誤差が生じる。
X=N’/Sum ・・・(17)
最初に、誤ってノイズを数えてしまったために、MHPの周期が2分割された場合の計数結果の補正について説明する。半導体レーザの発振波長変化が線形である場合、MHPの周期は計数期間をMHPの数Nで除算したT0を中心にして正規分布する(図18)。
全ての周期の和は常に計数期間であり、変化はないが、MHPのk%がノイズによって周期が2分割されると、度数の積分値は(1+k[%])Nになるため、MHPの周期の平均値は(1/(1+k[%]))T0になる。
(1−(1−NORMSDIST((中央値−T0)/σ))*2)
*(100−k)/2=k[%] ・・・(18)
T0’=(1/(1+0.1))T0=0.91T0 ・・・(19)
T0’=0.995T0 ・・・(20)
なお、ここでは平均値、中央値共にT0’で表すものとする。カウンタ値(度数の積分値)は、1.1Nとなり、カウント誤差は10%となる。
また、図22に示すように、T1のとり得る確率の度数分布は平均値が0.5T0、標準偏差0.5σの正規分布の累積度数分布と平均値がT0、標準偏差σの正規分布の累積度数分布を重ねたような形状になる。ここで、T1、T2それぞれの数は、周期が2分割されたMHPの数k[%]・Nに等しい。
N=N’−k[%]・N ・・・(21)
図23に示すように、Tb以下の周期を持つMHPの数Nsが2分割されたMHPの数k[%]・Nと等しくなるようにTbを設定することができれば、Tb以下の周期を持つMHPの数Nsを数えることで、周期が2分割されたMHPの数k[%]・Nを間接的に数えることができる。
N=N’−k[%]・N=N’−Ns ・・・(22)
T1及びT2の度数形状は、0.5Taで対称の形状であるため、0.5Taをしきい値にして判断すると、周期が2分割されたMHPの度数Ns(=k[%]・N)を正確に数えることができる。
Nt=N’−Ns’=(1+k[%])N−yk[%]N
=(1+(1−y)k[%])N=N+(1−y)k[%]N ・・(23)
なお、補正後の誤差である(1−y)k[%]Nは、図25のeの部分の度数である。
標準偏差をσ=0.02T0とし、MHPの10%がノイズによって周期が2分割されたとすると(計数結果は10%の誤差)、MHPの周期の平均値T0’は0.91T0、中央値T0’は0.9949T0であるから、平均値T0’を用いる場合のyは0.91、中央値T0’を用いる場合のyは0.9949であり、補正後の計数結果N’は以下のように算出される。
N’=(1+0.1(1−0.91))N=1.009N ・・・(24)
N’=(1+0.1(1−0.995))N=1.0005N ・・・(25)
N’=(1+0.2(1−0.83))N=1.034N ・・・(26)
N’=(1+0.2(1−0.968))N=1.0064N ・・・(27)
以上のことから、MHPの周期の中央値を使用して計数結果Nを補正すれば、補正後の計数結果N’の誤差を小さくできることが分かる。
N’=N+j[%]=N+Nw ・・・(28)
N=(N’−2Nw)+(Nw−Nw’)+2Nw’=N’−Nw+Nw’
・・・(29)
N−0.5Nw’+(0.5Nw’+(Nw−Nw’))
=(N−Nw+Nw’)+(0.5Nw’+(Nw−Nw’))
=N’ ・・・(30)
N=(N’−2Nw−Ns)+(Nw−Nw’)+2Nw’+2Ns
=N’−Nw+Nw’+Ns ・・・(31)
N−{0.5Nw’+Ns}+{0.5Nw’+(Nw−Nw’)}
={N−Nw+Nw’+Ns}−{0.5Nw’+Ns}
+{0.5Nw’+(Nw−Nw’)}
=N’ ・・・(32)
N’=N+Nw1+Nw2+Nw3+・・・・−Ns ・・・(33)
Nw1は周期の中央値の1.5倍以上である階級の度数の総和、Nw2は周期の中央値の2.5倍以上である階級の度数の総和、Nw3は周期の中央値のおよそ3.5倍以上である階級の度数の総和である。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、固定長の第1の計数期間Pnと第2の計数期間PmにおいてMHPの数を求めていたが、第1の計数期間Pnと第2の計数期間Pmを可変長にしてもよい。本実施の形態においても、距離・速度計の構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1の符号を用いて説明する。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第1〜第3の実施の形態では、状態判定部82は、式(2)と式(3)の算出結果が等しい場合、測定対象11が微小変位状態にあると判定し、式(4)と式(5)の算出結果が等しい場合、測定対象11が変位状態にあると判定する。しかしながら、ノイズ等の影響により、式(2)と式(3)の算出結果が等しく、かつ式(4)と式(5)の算出結果が等しくなった場合には、測定対象11の状態を判定することはできず、式(2)と式(3)の算出結果が一致せず、かつ式(4)と式(5)の算出結果が一致しない場合にも、測定対象11の状態を判定することはできない。本実施の形態では、状態判定部82で測定対象11の状態を判定できない場合でも、測定対象11との距離及び測定対象11の速度を算出することを実現する。
=Lα2(t−1,t)−Lα1(t−2,t−1) ・・・(34)
Vcalα2(t−1,t+1)
=Lα1(t,t+1)−Lα2(t−1,t) ・・・(35)
Vcalα3(t−2,t)
=Lα1(t−1,t)−Lα2(t−2,t−1) ・・・(36)
Vcalα4(t−1,t+1)
=Lα2(t,t+1)−Lα1(t−1,t) ・・・(37)
Vcalβ1(t−2,t)
=Lβ4(t−1,t)−Lβ3(t−2,t−1) ・・・(38)
Vcalβ2(t−1,t+1)
=Lβ3(t,t+1)−Lβ4(t−1,t) ・・・(39)
Vcalβ3(t−2,t)
=Lβ3(t−1,t)−Lβ4(t−2,t−1) ・・・(40)
Vcalβ4(t−1,t+1)
=Lβ4(t,t+1)−Lβ3(t−1,t) ・・・(41)
履歴変位算出部85は、式(34)〜式(41)の計算を計数装置7によってMHPの数が算出される時刻毎に行う。なお、式(34)〜式(41)においては、測定対象11が距離・速度計に近づく方向を正の速度、遠ざかる方向を負の速度と定めている。
まず、状態判定部82aは、第1の実施の形態の状態判定部82と同様に式(2)〜式(5)の算出結果を用いて測定対象11の状態を判定する(図35ステップS601)。
特許文献1に記載されているように、測定対象11が微小変位状態で移動(等速度運動)している場合、測定対象11を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Vcalαの符号は一定で、かつ測定対象11を微小変位状態と仮定して計算した速度の候補値Vαと履歴変位Vcalαの絶対値の平均値とが等しくなる。また、測定対象11が微小変位状態で等速度運動している場合、測定対象11を変位状態と仮定して計算した履歴変位Vcalβの符号は、MHPの数が算出される時刻毎に反転する。
以上で、ステップS603の処理が終了する。状態判定部82aのステップS603の判定動作を図36に示す。
本実施の形態では、ノイズ等の影響により第1の実施の形態において測定対象11の状態を判定できない場合でも、測定対象11の状態を判定して、測定対象11との距離及び測定対象11の速度を算出することができる。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。測定対象11が等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象11の加速度の符号が変化するときに運動状態の該当領域でない式の符号が反転してしまうため、誤判断が生じる。そこで、第4の実施の形態において、演算装置8の状態判定部82aは、式(35)の履歴変位Vcalα2(t−1,t+1)と式(37)の履歴変位Vcalα4(t−1,t+1)の符号が一致する場合、測定対象11が等速度運動していると判定し、式(39)の履歴変位Vcalβ2(t−1,t+1)と式(41)の履歴変位Vcalβ4(t−1,t+1)の符号が一致する場合、測定対象11が等速度運動以外の運動をしていると判定するようにしてもよい。
第1〜第5の実施の形態では、自己結合型の干渉計に本発明を適用する場合について説明したが、自己結合型以外の干渉計に本発明を適用することもできる。図37は本発明の第6の実施の形態となる距離・速度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。図37において、12−1,12−2は入射光と反射光を分離するビームスプリッタである。
フォトダイオード2−1,2−2以降の構成は第1〜第6の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。こうして、自己結合型以外の干渉計においても、第1〜第6の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、半導体レーザ1−1,1−2を三角波状に発振させる場合は、測定対象11の状態に関係なく、振幅調整装置10による振幅調整が可能であるが、半導体レーザ1−1,1−2を鋸波状に発振させる場合は、測定対象11が静止状態の場合のみ振幅調整が可能である。
Claims (29)
- 測定対象に第1のレーザ光を放射する第1の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第1のレーザ光と平行に第2のレーザ光を放射する第2の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第1の半導体レーザを動作させる第1のレーザドライバと、
前記第1の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第2の半導体レーザを動作させる第2のレーザドライバと、
前記第1のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第2のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる、前記第1、第2のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、
前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記計数手段の計数結果とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。 - 測定対象に第1のレーザ光を放射する第1の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第1のレーザ光と平行に第2のレーザ光を放射する第2の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第1の半導体レーザを動作させる第1のレーザドライバと、
前記第1の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第2の半導体レーザを動作させる第2のレーザドライバと、
前記第1の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第2の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる、前記第1、第2のレーザ光とそ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、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、
前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記計数手段の計数結果とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項1又は2に記載の距離・速度計において、
前記計数手段は、前記発振期間よりも短い第1の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求めると同時に、前記第1の計数期間と同じ時刻の第2の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求める手段からなり、
前記演算手段は、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長と最大発振波長と前記計数手段の計数結果に基づいて前記測定対象との距離の候補値と前記測定対象の速度の候補値とを算出する距離・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段の判定結果に基づいて前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を確定する距離・速度確定手段とからなることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項3に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度算出手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合について第1の計数期間の計数結果と1回後の第2の計数期間の計数結果とから速度の第1の候補値と距離の第1の候補値とを算出すると共に、これらの第1の候補値を算出した第1の計数期間と同時刻の第2の計数結果の計数結果と前記第1の候補値を算出した第2の計数期間と同時刻の第1の計数期間の計数結果とから速度の第2の候補値と距離の第2の候補値とを算出し、前記測定対象が前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態にあると仮定した場合について第1の計数期間の計数結果と1回後の第2の計数期間の計数結果とから速度の第3の候補値と距離の第3の候補値とを算出すると共に、これらの第3の候補値を算出した第1の計数期間と同時刻の第2の計数結果の計数結果と前記第3の候補値を算出した第2の計数期間と同時刻の第1の計数期間の計数結果とから速度の第4の候補値と距離の第4の候補値とを算出し、
前記状態判定手段は、前記速度の第1の候補値と第2の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記速度の第3の候補値と第4の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が変位状態にあると判定することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項4に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度確定手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると判定された場合、前記速度の第1の候補値と第2の候補値のいずれか一方を前記測定対象の速度とし、前記距離の第1の候補値と第2の候補値のいずれか一方を前記測定対象との距離とし、前記測定対象が変位状態にあると判定された場合、前記速度の第3の候補値と第4の候補値のいずれか一方を前記測定対象の速度とし、前記距離の第3の候補値と第4の候補値のいずれか一方を前記測定対象との距離とすることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項4に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度確定手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると判定された場合、前記速度の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象との距離とし、前記測定対象が変位状態にあると判定された場合、前記速度の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象との距離とすることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項4に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度確定手段は、前記速度の第1の候補値を算出した第1の計数期間の計数結果と前記速度の第2の候補値を算出した第1の計数期間の計数結果との和ΣXと、前記速度の第1の候補値を算出した第2の計数期間の計数結果と前記速度の第2の候補値を算出した第2の計数期間の計数結果との和ΣYとを比較して、前記ΣYよりも前記ΣXが大きい場合は前記測定対象が近づきつつあると判定し、前記ΣXよりも前記ΣYが大きい場合は前記測定対象が遠ざかりつつあると判定することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項4に記載の距離・速度計において、
前記演算手段は、さらに、前記距離・速度算出手段で算出された距離の候補値と前回に算出された距離の候補値との差である履歴変位を、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合と変位状態にあると仮定した場合の各々について算出する履歴変位算出手段を備え、
前記状態判定手段は、前記速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定できない場合に、前記履歴変位算出手段の算出結果に基づいて前記測定対象の状態を判定することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項1又は2に記載の距離・速度計において、
前記計数手段は、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について数えるカウンタと、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと、前記中央値の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記カウンタの計数結果を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された計数結果と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段とからなることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項1又は2に記載の距離・速度計において、
前記計数手段は、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる一定個数の前記干渉波形の周期を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと、前記中央値の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記一定個数を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段とからなることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項9又は10に記載の距離・速度計において、
前記補正値算出手段は、前記カウンタの計数結果又は前記一定個数をNとしたとき、補正後の値N’を、N’=N+Nw−Nsにより求めることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項11に記載の距離・速度計において、
前記第1の所定数は0.5であり、前記第2の所定数は1.5であることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項10に記載の距離・速度計において、
前記周期測定手段は、前記発振期間よりも短い第1の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求めると同時に、前記第1の計数期間と同じ時刻の第2の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求めるものであることを特徴とする距離・速度計。 - 請求項5又は6に記載の距離・速度計において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定手段の判定結果から前記距離・速度確定手段が真値でないと判断して採用しなかった方の速度の候補値が、前記距離・速度確定手段が真値であると判断して採用した方の距離の候補値に前記第1、第2の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、前記第1、第2のレーザドライバから前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手段を有することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項5又は6に記載の距離・速度計において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定手段の判定結果から前記距離・速度確定手段が真値であると判断して採用した方の速度の候補値が前記第1、第2の半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、前記第1、第2のレーザドライバから前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手段を有することを特徴とする距離・速度計。 - 請求項5又は6に記載の距離・速度計において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の距離の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の距離の候補値のうち、前記状態判定手段の判定結果から前記距離・速度確定手段が真値であると判断して採用した方の距離の候補値が前記第1、第2の半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、前記第1、第2のレーザドライバから前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手段を有することを特徴とする距離・速度計。 - 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・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第1の半導体レーザを動作させる第1の発振手順と、
前記第1の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第2の半導体レーザを動作させる第2の発振手順と、
前記第1の半導体レーザから放射された第1のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第1の受光器の出力信号に含まれる、前記第1のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数えると共に、前記第2の半導体レーザから放射された第2のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第2の受光器の出力信号に含まれる、前記第2のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、
前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記計数手順の計数結果とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 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・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第1の半導体レーザを動作させる第1の発振手順と、
前記第1の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第2の半導体レーザを動作させる第2の発振手順と、
前記第1の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第1の受光器の出力信号に含まれる、前記第1の半導体レーザから放射された第1のレーザ光とこのレーザ光の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数えると共に、前記第2の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第2の受光器の出力信号に含まれる、前記第2の半導体レーザから放射された第2のレーザ光とこのレーザ光の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数える計数手順と、
前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記計数手順の計数結果とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項17又は18に記載の距離・速度計測方法において、
前記計数手順は、前記発振期間よりも短い第1の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求めると同時に、前記第1の計数期間と同じ時刻の第2の計数期間において、前記第1、第2の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求める手順からなり、
前記演算手順は、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長と最大発振波長と前記計数手順の計数結果に基づいて前記測定対象との距離の候補値と前記測定対象の速度の候補値とを算出する距離・速度算出手順と、この距離・速度算出手順で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手順と、この状態判定手順の判定結果に基づいて前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を確定する距離・速度確定手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項19に記載の距離・速度計測方法において、
前記距離・速度算出手順は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合について第1の計数期間の計数結果と1回後の第2の計数期間の計数結果とから速度の第1の候補値と距離の第1の候補値とを算出すると共に、これらの第1の候補値を算出した第1の計数期間と同時刻の第2の計数結果の計数結果と前記第1の候補値を算出した第2の計数期間と同時刻の第1の計数期間の計数結果とから速度の第2の候補値と距離の第2の候補値とを算出し、前記測定対象が前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態にあると仮定した場合について第1の計数期間の計数結果と1回後の第2の計数期間の計数結果とから速度の第3の候補値と距離の第3の候補値とを算出すると共に、これらの第3の候補値を算出した第1の計数期間と同時刻の第2の計数結果の計数結果と前記第3の候補値を算出した第2の計数期間と同時刻の第1の計数期間の計数結果とから速度の第4の候補値と距離の第4の候補値とを算出し、
前記状態判定手順は、前記速度の第1の候補値と第2の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記速度の第3の候補値と第4の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が変位状態にあると判定することを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項20に記載の距離・速度計測方法において、
前記距離・速度確定手順は、前記測定対象が微小変位状態にあると判定された場合、前記速度の第1の候補値と第2の候補値のいずれか一方を前記測定対象の速度とし、前記距離の第1の候補値と第2の候補値のいずれか一方を前記測定対象との距離とし、前記測定対象が変位状態にあると判定された場合、前記速度の第3の候補値と第4の候補値のいずれか一方を前記測定対象の速度とし、前記距離の第3の候補値と第4の候補値のいずれか一方を前記測定対象との距離とすることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項20に記載の距離・速度計測方法において、
前記距離・速度確定手順は、前記測定対象が微小変位状態にあると判定された場合、前記速度の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第1の候補値と第2の候補値との平均値を前記測定対象との距離とし、前記測定対象が変位状態にあると判定された場合、前記速度の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象の速度とし、前記距離の第3の候補値と第4の候補値との平均値を前記測定対象との距離とすることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項20に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度確定手順は、前記速度の第1の候補値を算出した第1の計数期間の計数結果と前記速度の第2の候補値を算出した第1の計数期間の計数結果との和ΣXと、前記速度の第1の候補値を算出した第2の計数期間の計数結果と前記速度の第2の候補値を算出した第2の計数期間の計数結果との和ΣYとを比較して、前記ΣYよりも前記ΣXが大きい場合は前記測定対象が近づきつつあると判定し、前記ΣXよりも前記ΣYが大きい場合は前記測定対象が遠ざかりつつあると判定することを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項20に記載の距離・速度計測方法において、
前記演算手順は、さらに、前記距離・速度算出手順で算出された距離の候補値と前回に算出された距離の候補値との差である履歴変位を、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合と変位状態にあると仮定した場合の各々について算出する履歴変位算出手順を備え、
前記状態判定手順は、前記速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定できない場合に、前記履歴変位算出手順の算出結果に基づいて前記測定対象の状態を判定することを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項17又は18に記載の距離・速度計測方法において、
前記計数手順は、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について数える干渉波形カウント手順と、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと、前記中央値の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記干渉波形カウント手順の計数結果を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された計数結果と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項17又は18に記載の距離・速度計測方法において、
前記計数手順は、
前記第1、第2の受光器の出力信号に含まれる一定個数の前記干渉波形の周期を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと、前記中央値の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記一定個数を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第1、第2の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項21又は22に記載の距離・速度計測方法において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定手順の判定結果から前記距離・速度確定手順で真値でないと判断され採用されなかった方の速度の候補値が、前記距離・速度確定手順で真値であると判断され採用された方の距離の候補値に前記第1、第2の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手順を有することを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項21又は22に記載の距離・速度計測方法において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定手順の判定結果から前記距離・速度確定手順で真値であると判断され採用された方の速度の候補値が前記第1、第2の半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手順を有することを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項21又は22に記載の距離・速度計測方法において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の距離の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の距離の候補値のうち、前記状態判定手順の判定結果から前記距離・速度確定手順で真値であると判断され採用された方の距離の候補値が前記第1、第2の半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、前記第1、第2の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手順を有することを特徴とする距離・速度計測方法。
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