JP2009085910A - 計数装置、距離計、計数方法および距離計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離の測定精度を向上させる。
【解決手段】距離計は、半導体レーザ１に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の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ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の出力に含まれる干渉波形を数える計数装置７とを有する。計数装置７は、計数期間中の干渉波形の周期を測定し、測定結果から計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成し、度数分布の周波数成分を解析し、周波数解析結果から干渉波形の周期の分布の代表値を求め、度数分布から、代表値の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の１．５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に基づいて計数結果を補正する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、信号の数を数える計数装置、および計数装置を用いて干渉波形の数を測定し測定対象との距離を求める干渉型の距離計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２５に示す。図２５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２６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２６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。

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

自己結合型を含む従来の干渉型の距離計では、計数装置を用いてＭＨＰの数を測定するか、あるいはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いてＭＨＰの周波数を測定することにより、測定対象との距離を求めるようにしている。
しかし、ＦＦＴを用いる距離計では、レーザの発振波長の変化が線形でない場合、ＦＦＴで算出されるピーク周波数と本来求められるべきＭＨＰの平均周波数とに差が生じ、測定した距離に誤差が生じるという問題点があった。

また、計数装置を用いる距離計では、例えば外乱光などのノイズをＭＨＰとして数えたり、信号の歯抜けのために数えられないＭＨＰがあったりして、計数装置で数えるＭＨＰの数に誤差が生じ、測定した距離に誤差が生じるという問題点があった。
なお、このような計数誤差は距離計に限らず、他の計数装置でも同様に発生することがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、計数誤差を補正することができる計数装置および計数方法、ＭＨＰの計数誤差を補正して距離の測定精度を向上させ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。

本発明は、特定の物理量と線形の関係を有し前記物理量が一定の場合は略単一周波数となる信号の数を数える計数装置において、一定の計数期間における入力信号の数を数える計数手段と、前記計数期間中の前記入力信号の周期を信号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信号周期の度数分布を作成する度数分布作成手段と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記入力信号の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段とを有するものである。
また、本発明の計数装置の１構成例において、前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めるものである。
また、本発明の計数装置の１構成例において、前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めるものである。
また、本発明の計数装置の１構成例において、前記補正値算出手段は、前記計数手段の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めるものである。

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存在するように前記半導体レーザを動作させ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の干渉光を電気信号に変換する受光器と、こ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数を数える計数手段と、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作成する度数分布作成手段と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段と、この補正値算出手段で補正された計数結果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存在するように前記半導体レーザを動作させ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数を数える計数手段と、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作成する度数分布作成手段と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段と、この補正値算出手段で補正された計数結果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、前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めるものである。
また、本発明の距離計の１構成例において、前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めるものである。
また、本発明の距離計の１構成例において、前記補正値算出手段は、前記計数手段の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めるものである。

また、本発明の計数方法は、一定の計数期間における入力信号の数を数える計数手順と、前記計数期間中の前記入力信号の周期を信号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信号周期の度数分布を作成する度数分布作成手順と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記入力信号の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出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存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、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干渉光を電気信号に変換する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数を数える計数手順と、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作成する度数分布作成手順と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出手順と、この補正値算出手順で補正された計数結果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存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、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数を数える計数手順と、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作成する度数分布作成手順と、前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出手順と、この補正値算出手順で補正された計数結果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、計数期間中の入力信号の周期を測定し、この測定結果から計数期間中の信号周期の度数分布を作成し、度数分布の周波数成分の解析結果から入力信号の周期の代表値と見なすことができる値を求めるので、例えば入力信号のＳ／Ｎ比が低下している場合であっても、入力信号の真の周期を求めることができる。そして、本発明では、度数分布から、代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の第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に基づいて計数手段の計数結果を補正することにより、計数時の欠落や過剰な計数の影響を除去して、計数装置の計数誤差を補正することができる。

また、本発明では、計数期間中の干渉波形の周期を測定し、この測定結果から計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成し、度数分布の周波数成分の解析結果から干渉波形の周期の代表値と見なすことができる値を求めるので、例えば遠距離測定時に信号のＳ／Ｎ比が低下している場合であっても、干渉波形の真の周期を求めることができる。そして、本発明では、度数分布から、代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の第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に基づいて計数手段の計数結果を補正することにより、計数時の欠落や過剰な計数の影響を除去して、干渉波形の計数誤差を補正することができるので、計数手段を用いて干渉波形の数を測定し測定対象との距離を求める距離計において、距離の測定精度を向上させることができる。

［第１の実施の形態］
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１０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受光器であ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１０に照射すると共に、測定対象１０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、半導体レーザ１に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させるレーザドライバ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の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ回路６と、フィルタ回路６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を数える計数装置７と、ＭＨＰの数から測定対象１０との距離を算出する演算装置８と、演算装置８の算出結果を表示する表示装置９とを有する。

以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、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。

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す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一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。

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、Ｔは三角波の周期である。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。

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１０に入射する。測定対象１０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の内部又はその近傍に配置され、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。

フィルタ回路６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る。図３（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３（Ｂ）はフィルタ回路６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３（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３（Ｂ）のＭＨＰ波形（重畳波）を抽出する過程を表している。

計数装置７は、フィルタ回路６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３と第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４の各々について数える。図４は計数装置７の構成の１例を示すブロック図である。計数装置７は、判定部７１と、論理積演算部（ＡＮＤ）７２と、カウンタ７３と、計数結果補正部７４と、記憶部７５とから構成される。電流−電圧変換増幅器５とフィルタ回路６と計数装置７の判定部７１とＡＮＤ７２とカウンタ７３とは、計数手段を構成している。

図５は計数結果補正部７４の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７４は、周期測定部７４０と、度数分布作成部７４１と、度数分布周波数解析部７４２と、代表値導出部７４３と、補正値算出部７４４とから構成される。

図６（Ａ）〜図６（Ｆ）は計数装置７の動作を説明するための図であり、図６（Ａ）はフィルタ回路６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に対応する判定部７１の出力を示す図、図６（Ｃ）は計数装置７に入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図６（Ｄ）は図６（Ｂ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図、図６（Ｅ）は計数装置７に入力されるクロック信号ＣＬＫを示す図、図６（Ｆ）は図６（Ｂ）に対応する周期測定部７４０の測定結果を示す図である。

まず、計数装置７の判定部７１は、図６（Ａ）に示すフィルタ回路６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図６（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、判定部７１は、フィルタ回路６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ回路６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ回路６の出力を２値化する。

ＡＮＤ７２は、判定部７１の出力と図６（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３は、ＡＮＤ７２の出力の立ち上がりをカウントする（図６（Ｄ））。ここで、ゲート信号ＧＳは、計数期間（本実施の形態では第１の発振期間と第２の発振期間の各々）の先頭で立ち上がり、計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７３は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの数（すなわち、ＭＨＰの立ち上がりエッジの数）を数えることになる。

一方、計数結果補正部７４の周期測定部７４０は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を立ち上がりエッジが発生する度に測定する。このとき、周期測定部７４０は、図６（Ｅ）に示すクロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図６（Ｆ）の例では、周期測定部７４０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図６（Ｅ）、図６（Ｆ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５クロック、４クロック、２クロックである。クロック信号ＣＬＫの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部７５は、カウンタ７３の計数結果と周期測定部７４０の測定結果を記憶する。

ゲート信号ＧＳが立ち下がり、計数期間が終了した後、計数結果補正部７４の度数分布作成部７４１は、記憶部７５に記憶された測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する。
続いて、計数結果補正部７４の度数分布周波数解析部７４２は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布の周波数成分を解析する。この周波数解析の手法としては、具体的にはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いればよい。

度数分布周波数解析部７４２と後述する代表値導出部７４３の目的は、ＭＨＰの真の周期と見なせる値を求めることである。
通常の測定条件の場合、真の信号周期の近傍に信号周期分布の代表値（最頻値もしくは中央値）が現れる。図７は通常の測定条件におけるＭＨＰの周期の度数分布の１例を示している。図７の例では、最頻値ＭＯと中央値ＭＥは、ＭＨＰの真の周期３０［samplings］とおおむね一致している。

一方、例えば遠距離測定時に信号のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が低下すると、ＭＨＰの波形に大量の欠落が生じ、ＭＨＰの周期の度数分布の代表値が真の周期からかけ離れた値となる。図８はＳ／Ｎ比低下時のＭＨＰの周期の度数分布の１例を示している。図８の例では、最頻値ＭＯと中央値ＭＥは、ＭＨＰの真の周期９［samplings］とは一致しない。

ただし、ＭＨＰの欠落は、ＭＨＰの真の周期の整数倍近傍の周期を持つため、ＭＨＰの周期の度数分布の極大値の間隔は真の周期とおおむね等しい値になる。図８の例によると、度数分布の極大値の間隔は、ＭＨＰの真の周期９［samplings］とおおむね一致していることが分かる。

そこで、本実施の形態では、ＭＨＰの周期の度数分布の周波数成分を解析することにより、ＭＨＰの真の周期と見なせる値を求める。度数分布周波数解析部７４２が度数分布を周波数解析すると、図９に示すように度数分布の極大値の間隔に相当する周波数に極大値が出現する。
計数結果補正部７４の代表値導出部７４３は、度数分布周波数解析部７４２の周波数解析結果において強度が最大の信号をＭＨＰの周期の代表値（最頻値もしくは中央値）を示すものと見なし、ＭＨＰの周期の代表値Ｔ０を求める。

次に、計数結果補正部７４の補正値算出部７４４は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、周期の代表値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、周期の代表値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、カウンタ７３の計数結果を次式のように補正する。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓ ・・・（２）
式（２）において、Ｎはカウンタ７３の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎ’は補正後の計数結果である。

図１０にＭＨＰの周期の度数分布の１例を示す。図１０において、Ｔｓは周期の代表値Ｔ０の０．５倍の階級値、Ｔｗは代表値Ｔ０の１．５倍の階級値である。図１０における階級が、ＭＨＰの周期の代表値であることは言うまでもない。なお、図１０では記載を簡略化するため、代表値Ｔ０とＴｓとの間、及び代表値Ｔ０とＴｗとの間の度数分布を省略している。

図１１はカウンタ７３の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１１（Ａ）はフィルタ回路６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図である。
本来、ＭＨＰの周期は測定対象１０との距離によって異なるが、測定対象１０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。

信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗ以上の階級の度数の総和Ｎｗを信号が欠落した回数と見なし、このＮｗをカウンタ７３の計数結果Ｎに加算することで、信号の欠落を補正することができる。

また、ノイズをカウントした箇所でのＭＨＰの周期Ｔｓは、本来の周期のおよそ０．５倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が代表値のおよそ０．５倍以下の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓ以下の階級の度数の総和Ｎｓを信号を過剰に数えた回数と見なし、このＮｓをカウンタ７３の計数結果Ｎから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。

以上が、式（２）に示した計数結果の補正原理である。なお、本実施の形態では、Ｔｓを周期の代表値Ｔ０の０．５倍の値とし、Ｔｗを代表値Ｔ０の２倍の値とせずに、１．５倍の値としているが、１．５倍とした理由については後述する。

補正値算出部７４４は、式（２）により計算した補正後の計数結果Ｎ’を演算装置８に出力する。計数装置７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８は、計数装置７によって計測されたＭＨＰの数Ｎ’に基づいて測定対象１０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、一定の計数期間（本実施の形態では第１の発振期間と第２の発振期間の各々）におけるＭＨＰの数と距離との関係を予め求めて演算装置８のデータベース（不図示）に登録しておけば、演算装置８は、計数装置７によって計測されたＭＨＰの数Ｎ’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１０との距離を求めることができる。

あるいは、計数期間における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８は、計数装置７によって計測されたＭＨＰの数Ｎ’を数式に代入することにより、測定対象１０との距離を算出することができる。演算装置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。
表示装置９は、演算装置８によって算出された測定対象１０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、計数期間中のＭＨＰの周期を測定し、この測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、度数分布の周波数成分の解析結果からＭＨＰの周期の代表値と見なすことができる値を求めるので、例えば遠距離測定時に信号のＳ／Ｎ比が低下している場合であっても、ＭＨＰの真の周期を求めることができる。そして、本実施の形態では、度数分布から、代表値の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、代表値の１．５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に基づいてカウンタの計数結果を補正することにより、ＭＨＰの計数誤差を補正することができるので、距離の測定精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態における計数装置７と演算装置８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本実施の形態で説明した処理を実行する。

次に、ＭＨＰの基準周期として周期の度数分布の代表値を用いる理由、及び度数Ｎｗを求める際の周期のしきい値を代表値の１．５倍とする理由について説明する。
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Ｔは計測期間ＴｃをＭＨＰの数Ｎで除算したＴ０を中心にして正規分布する（図１２）。

次に、ノイズによって２分割されたＭＨＰの周期を考える。ノイズを過剰に数えた結果として２分割されたＭＨＰの周期は、ランダムな割合で２分割されるが、分割される前の周期がＴ０を中心とした正規分布であるために、０．５Ｔ０に対して対称な度数分布になる（図１３のａ）。

このノイズを含むＭＨＰの周期の度数分布について、ＭＨＰのｎ％がノイズによって周期が２分割されたと仮定したとき、ＭＨＰの周期の平均値及び中央値を算出する。
全ての周期の和は常に計測期間Ｔｃであり、変化はないが、ＭＨＰのｎ％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＋ｎ［％］）Ｎになるため、ＭＨＰの周期の平均値は（１／（１＋ｎ［％］））Ｔ０になる。

一方、ノイズの分布で正規分布に重なったところを無視した場合、２分割されたノイズの累積度数は中央値とＴ０との間の階級に含まれる度数の２倍になるため、ＭＨＰの周期の中央値は図１４のｂの面積がａの面積の２倍になる位置になる。

マイクロソフト社のソフトウェアであるＥｘｃｅｌ（登録商標）に、正規分布の平均値からασ間の両側値の内部割合が「（１−（１−ＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（α））＊２）＊１００［％］」で表現できるＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（）という関数があり、この関数を利用すると、ＭＨＰの周期の中央値を以下の式で表すことができる。
（１−（１−ＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（（中央値−Ｔ０）／σ））＊２）
＊（１００−ｎ）／２＝ｎ［％］ ・・・（３）

以上をもとに、標準偏差σを０．０２Ｔ０とし、ＭＨＰの１０％がノイズによって周期が２分割されたとしたときのＭＨＰの周期の平均値Ｔ０’および中央値Ｔ０’を算出すると、以下のようになる。
Ｔ０’＝（１／（１＋０．１））Ｔ０＝０．９１Ｔ０ ・・・（４）
Ｔ０’＝０．９９５Ｔ０ ・・・（５）
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。

ここで、ある周期ＴａのＭＨＰが２分割された後の２つの周期Ｔ１，Ｔ２（Ｔ１≧Ｔ２とする）のとり得る期間の確率を考える。ノイズはランダムに生じると仮定すると、図１５に示すようにＴ２は０＜Ｔ２≦Ｔａ／２の値を同じ確率でとり得る。Ｔ１も同様にＴ／２≦Ｔ１＜Ｔａの値を同じ確率でとり得る。図１５におけるＴ１の取り得る確率分布の面積とＴ２の取り得る確率分布の面積は共に１である。

周期ＴａはＴ０を中心とした正規分布をしているので、Ｔａを集合としてとらえると、Ｔ２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同じ形状になる。
また、図１６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ｎ［％］・Ｎに等しい。

ノイズによって周期が２分割されたＭＨＰの数ｎ［％］・Ｎを数えることができれば、以下の式を用いてＭＨＰの数Ｎを導出することができる。
Ｎ＝Ｎ’−ｎ［％］・Ｎ ・・・（６）
図１７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ｎ［％］・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ｎ［％］・Ｎを間接的に数えることができる。

図１７において、Ｔｂ以上の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ２の度数（図１７のｃ）とＴｂ未満の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ１の度数（図１７のｄ）が同じになるとき、Ｔｂ以下の周期を持つＭＨＰの数は、Ｔ２の数、つまり周期が２分割されたＭＨＰの数Ｎｓ（＝ｎ［％］・Ｎ）と等しくなる。つまり、ＭＨＰの数Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝Ｎ’−ｎ［％］・Ｎ＝Ｎ’−Ｎｓ ・・・（７）
Ｔ１および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（＝ｎ［％］・Ｎ）を正確に数えることができる。

次に、０．５Ｔ０以下の周期を持つＭＨＰの数を数えることで、周期が２分割されたＭＨＰの数ｎ［％］・Ｎの数を間接的に数えることができるが、ノイズを含むＭＨＰの周期の度数分布（図１３）からは、Ｔ０を算出することができない。ＭＨＰの母集団が図１３の度数分布のように最頻値（モード）がＴ０と等しくなるほど理想的でかつ母数が大きければ、最頻値をＴ０’として用いることができる。

ここでは、平均値又は中央値Ｔ０’を用いたＭＨＰの数ｎ［％］・Ｎの計数について記載する。Ｔ０’＝ｙ・Ｔ０で表し、Ｔ０の代わりにＴ０’を代入してＮｓを求めると、周期が２分割されたＭＨＰの数として判断する０．５Ｔ０’よりも小さな周期の度数Ｎｓ’は、ｙ・ｎ［％］・Ｎになる（図１８）。

平均値又は中央値Ｔ０’を用いた場合、補正後のカウント値Ｎｔは以下のように表される。
Ｎｔ＝Ｎ’−Ｎｓ’＝（１＋ｎ［％］）Ｎ−ｙｎ［％］Ｎ
＝（１＋（１−ｙ）ｎ［％］）Ｎ＝Ｎ＋（１−ｙ）ｎ［％］Ｎ ・・・（８）
なお、補正後の誤差である（１−ｙ）ｎ［％］Ｎは、図１９のｅの部分の度数である。

ここで、平均値又は中央値Ｔ０’を用いたカウンタ７３の計数結果の補正例について説明する。
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 ・・・（９）
Ｎ’＝（１＋０．１（１−０．９９５））Ｎ＝１．０００５Ｎ ・・・（１０）

式（９）は平均値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示し、式（１０）は中央値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示している。平均値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．９％であり、中央値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．０５％である。

次に、標準偏差をσ＝０．０５Ｔ０とし、ＭＨＰの２０％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２０％の誤差）、ＭＨＰの周期の平均値Ｔ０’は０．８３Ｔ０、中央値Ｔ０’は０．９６８２Ｔ０であるから、平均値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．８３、中央値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．９６８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＋０．２（１−０．８３））Ｎ＝１．０３４Ｎ ・・・（１１）
Ｎ’＝（１＋０．２（１−０．９６８））Ｎ＝１．００６４Ｎ ・・・（１２）

式（１１）は平均値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示し、式（１２）は中央値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示している。平均値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は３．４％であり、中央値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．６４％である。
以上のことから、ＭＨＰの周期の代表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。

次に、ＭＨＰの波形に欠落が生じた場合の計数結果の補正について説明する。ＭＨＰの強度が小さいために計数時に欠落が生じた場合のＭＨＰの周期は、本来のＭＨＰの周期がＴ０を中心とした正規分布であるために、平均値が２Ｔ０、標準偏差２σの正規分布（図２０のｆ）になる。ｍ［％］のＭＨＰが欠落したとすると、この欠落によって周期が２倍になったＭＨＰの周期の度数はＮｗ（＝ｍ［％］・Ｎ）である。また、計数時の欠落によって減少した後のおおよそＴ０の周期の度数は、図２０に示すｇであり、図２０のｈに示す度数の減少分は２Ｎｗ（＝２ｍ［％］）である。したがって、計数時にＭＨＰの欠落が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’は以下の式で表すことができる。
Ｎ’＝Ｎ＋ｍ［％］＝Ｎ＋Ｎｗ ・・・（１３）

次に、計数結果を補正するためのＮｗを数える際の周期のしきい値について考える。ここで、計数時の欠落によって周期が２倍になったＭＨＰの周期の度数Ｎｗのうちノイズによってｐ［％］が２分割された場合を仮定する。欠落したＭＨＰのうち２分割されたＭＨＰの周期の度数は、Ｎｗ’（＝ｍ・ｐ［％］・Ｎ）である。再度２分割されたＭＨＰの周期の度数分布は、図２１のようになる。Ｎｗとみなす周期のしきい値を１．５Ｔ０にすると、周期が０．５Ｔ０以下のＭＨＰの周期の度数は０．５Ｎｗ’（＝０．５ｐ［％］・Ｎｗ）、周期が０．５Ｔ０から１．５Ｔ０までのＭＨＰの周期の度数はＮｗ’（＝ｐ［％］・Ｎｗ）、周期が１．５Ｔ０以上のＭＨＰの周期の度数は０．５Ｎｗ’（＝０．５ｐ［％］・Ｎｗ）となる。

よって、全てのＭＨＰの周期の度数分布は図２２のようになり、Ｎｓのしきい値を０．５Ｔ０、Ｎｗのしきい値を１．５Ｔ０にすると、計数結果Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝（Ｎ’−２Ｎｗ）＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）＋２Ｎｗ’＝Ｎ’−Ｎｗ＋Ｎｗ’
・・・（１４）

式（１４）より補正された結果は以下のようになり、計数時にＭＨＰの欠落が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’が算出されることが分かる。
Ｎ−０．５Ｎｗ’＋（０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’））
＝（Ｎ−Ｎｗ＋Ｎｗ’）＋（０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’））
＝Ｎ’ ・・・（１５）

以上のことから、度数Ｎｗを求める際の周期のしきい値を代表値の１．５倍とすれば、計数結果Ｎを補正できることが分かる。なお、ノイズによってＭＨＰの周期が２分割された場合と同様に、Ｔ０の代わりに代表値を用いて補正するため、同様の誤差が生じる。

以上の説明では、ノイズを過剰に数えた結果ＭＨＰの周期が２分割された場合と計数時の欠落によってＭＨＰの周期が２倍になった場合を別々に説明したが、これらは独立して生じるため、これらの場合を１つの度数分布に表現すると、図２３のようになる。Ｎｓのしきい値を０．５Ｔ０、Ｎｗのしきい値を１．５Ｔ０にすると、計数結果Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝（Ｎ’−２Ｎｗ−Ｎｓ）＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）＋２Ｎｗ’＋２Ｎｓ
＝Ｎ’−Ｎｗ＋Ｎｗ’＋Ｎｓ ・・・（１６）

式（１６）より補正された結果は以下のようになり、計数時に欠落や過剰な計数が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’が算出されることが分かる。
Ｎ−｛０．５Ｎｗ’＋Ｎｓ｝＋｛０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）｝
＝｛Ｎ−Ｎｗ＋Ｎｗ’＋Ｎｓ｝−｛０．５Ｎｗ’＋Ｎｓ｝
＋｛０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）｝
＝Ｎ’ ・・・（１７）

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、度数分布周波数解析部７４２の周波数解析結果において強度が最大の信号をＭＨＰの周期の代表値を示すものと見なした。しかし、ノイズが極めて多い環境では、図２４に示すようにＭＨＰの周期の度数分布の極大値の間隔に相当する周波数１／Ｔ０ではなく、度数分布の極大値の２倍の間隔に相当する周波数１／（２Ｔ０）の方が強度が最大になる場合がある。

そこで、ノイズが極めて多いと考えられる環境では、計数結果補正部７４の代表値導出部７４３は、度数分布周波数解析部７４２の周波数解析結果において複数の極大値のうち周波数が最も高い信号をＭＨＰの周期の代表値を示すものと見なし、ＭＨＰの周期の代表値Ｔ０を求めるようにしてもよい。

なお、第１、第２の実施の形態では、本発明の計数装置を距離計に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明の計数装置は他の分野にも適用することができる。本発明の計数装置が有効な場合は、計数の対象となる信号が特定の物理量（第１、第２の実施の形態の場合は距離）と線形の関係を有し、物理量が一定の場合は信号が略単一周波数となる場合である。
また、信号が単一周波数でなくても、計数対象となる特定の物理量が計数期間と比較して十分低い周波数で、例えば１／１０以下の周波数で振動している対象物の速度のように周期分布の広がりが小さい場合も略単一周波数として本発明の計数装置は有効である。

また、第１、第２の実施の形態では、ＭＨＰの欠落の補正については、１個の欠落によってＭＨＰの周期が本来の周期のおよそ２倍になった場合について説明しているが、連続して２個以上の欠落が生じた場合にも本発明を適用することができる。ＭＨＰが連続して２個欠落した場合、中央値の３倍の周期のＭＨＰは３個のＭＨＰが１つになったものだと考えられる。この場合は、周期の中央値のおよそ３倍以上である階級の度数を求めて、この度数を２倍すれば、ＭＨＰの欠落を補正することができる。このような考え方を一般化すると、式（２）の代わりに次式を用いればよい。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ１＋Ｎｗ２＋Ｎｗ３＋・・・・−Ｎｓ ・・・（１８）
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。
また、第１、第２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。

本発明は、信号の数を数える計数装置や、計数装置を用いて干渉波形の数を測定し測定対象との距離を求める干渉型の距離計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電流−電圧変換増幅器の出力電圧波形及びフィルタ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計数装置の構成の１例を示すブロック図である。 図４の計数装置における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。 図４の計数装置の動作を説明するための図である。 通常の測定条件におけるモードホップパルスの周期の度数分布の１例を示す図である。 Ｓ／Ｎ比低下時のモードホップパルスの周期の度数分布の１例を示す図である。 モードホップパルスの周期の度数分布を周波数解析した概略結果を示す周波数スペクトル図である。 本発明の第１の実施の形態におけるモードホップパルスの周期の度数分布の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カウンタの計数結果の補正原理を説明するための図である。 モードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 ノイズを含むモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 ノイズを含むモードホップパルスの周期の中央値を示す図である。 周期が２分割されたモードホップパルスの周期の確率分布を示す図である。 周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 カウンタ値補正後の誤差を示す図である。 ２倍の周期になったモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 計数時に欠落したモードホップパルスのうち２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 計数時に欠落したモードホップパルスのうち２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 計数時に欠落と過剰な計数が同時に発生した場合のモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。 モードホップパルスの周期の度数分布を周波数解析した他の概略結果を示す周波数スペクトル図である。 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。

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…フィルタ回路、７…計数装置、８…演算装置、９…表示装置、１０…測定対象、７１…判定部、７２…論理積演算部、７３…カウンタ、７４…計数結果補正部、７５…記憶部、７４０…周期測定部、７４１…度数分布作成部、７４２…度数分布周波数解析部、７４３…代表値導出部、７４４…補正値算出部。

Claims (18)

1. 特定の物理量と線形の関係を有し前記物理量が一定の場合は略単一周波数となる信号の数を数える計数装置において、
   一定の計数期間における入力信号の数を数える計数手段と、
   前記計数期間中の前記入力信号の周期を信号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信号周期の度数分布を作成する度数分布作成手段と、
   前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、
   この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記入力信号の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、
   前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段とを有することを特徴とする計数装置。
2. 請求項１記載の計数装置において、
   前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする計数装置。
3. 請求項１記載の計数装置において、
   前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする計数装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計数装置において、
   前記補正値算出手段は、前記計数手段の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めることを特徴とする計数装置。
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存在するように前記半導体レーザを動作させ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の干渉光を電気信号に変換する受光器と、
   こ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数を数える計数手段と、
   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作成する度数分布作成手段と、
   前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、
   この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、
   前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段と、
   この補正値算出手段で補正された計数結果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存在するように前記半導体レーザを動作させ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数を数える計数手段と、
   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作成する度数分布作成手段と、
   前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手段と、
   この度数分布周波数解析手段の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手段と、
   前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手段の計数結果を補正する補正値算出手段と、
   この補正値算出手段で補正された計数結果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５又は６記載の距離計において、
   前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする距離計。
8. 請求項５又は６記載の距離計において、
   前記代表値導出手段は、前記度数分布周波数解析手段の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする距離計。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の距離計において、
   前記補正値算出手段は、前記計数手段の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めることを特徴とする距離計。
10. 特定の物理量と線形の関係を有し前記物理量が一定の場合は略単一周波数となる信号の数を数える計数方法において、
    一定の計数期間における入力信号の数を数える計数手順と、
    前記計数期間中の前記入力信号の周期を信号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信号周期の度数分布を作成する度数分布作成手順と、
    前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、
    この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記入力信号の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、
    前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出手順とを備えることを特徴とする計数方法。
11. 請求項１０記載の計数方法において、
    前記代表値導出手順は、前記度数分布周波数解析手順の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする計数方法。
12. 請求項１０記載の計数方法において、
    前記代表値導出手順は、前記度数分布周波数解析手順の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記入力信号の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする計数方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の計数方法において、
    前記補正値算出手順は、前記計数手順の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めることを特徴とする計数方法。
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存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
    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干渉光を電気信号に変換する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数を数える計数手順と、
    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作成する度数分布作成手順と、
    前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、
    この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、
    前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出手順と、
    この補正値算出手順で補正された計数結果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存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
    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数を数える計数手順と、
    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作成する度数分布作成手順と、
    前記度数分布の周波数成分を解析する度数分布周波数解析手順と、
    この度数分布周波数解析手順の周波数解析結果から前記干渉波形の周期の分布の代表値を求める代表値導出手順と、
    前記度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記代表値の第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に基づいて前記計数手順の計数結果を補正する補正値算出手順と、
    この補正値算出手順で補正された計数結果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。
16. 請求項１４又は１５記載の距離計測方法において、
    前記代表値導出手順は、前記度数分布周波数解析手順の周波数解析結果において強度が最大の極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする距離計測方法。
17. 請求項１４又は１５記載の距離計測方法において、
    前記代表値導出手順は、前記度数分布周波数解析手順の周波数解析結果において周波数が最も高い極大値を前記干渉波形の周期の分布の代表値を示すものと見なし、前記代表値を求めることを特徴とする距離計測方法。
18. 請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の距離計測方法において、
    前記補正値算出手順は、前記計数手順の計数結果をＮとしたとき、補正後の計数結果Ｎ’を、Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓにより求めることを特徴とする距離計測方法。

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