JP5537783B2 - 物理量センサおよび物理量計測方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の物理量センサは、制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え、測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザと、この半導体レーザに駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させるレーザドライバと、前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手段と、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を含む電気信号を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手段とを備え、前記レーザドライバは、パルス状の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給して、前記半導体レーザをパルス発光させることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例において、前記信号抽出手段は、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える計数手段と、この計数手段が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、前記度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、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し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例において、前記測定対象の物理量は、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である。
また、本発明の物理量センサの1構成例は、さらに、前記半導体レーザの光出力が一定になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例は、さらに、前記半導体レーザの光出力が周囲温度に応じた適切な値になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例は、さらに、前記測定対象からの戻り光を受光して電気信号に変換する戻り光検知用受光器と、この戻り光検知用受光器の出力信号に基づいて、前記測定対象からの戻り光量が一定になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例において、前記平均化処理後計数手段は、前記平均化後の干渉波形を小数点以下の単位で数えることを特徴とするものである。
また、本発明の物理量センサの1構成例において、前記レーザドライバは、レーザ発振のしきい値電流付近の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給することを特徴とするものである。
また、本発明の物理量計測方法は、制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザに、駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させる発振手順と、前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手順と、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を含む電気信号を検出する検出手順と、この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手順とを備え、前記発振手順は、パルス状の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給して、前記半導体レーザをパルス発光させることを特徴とするものである。
以下、本発明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の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図1の物理量センサは、測定対象である物体11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物体11に照射すると共に、物体11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に駆動電流を供給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の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス(以下、MHPとする)の数を数える信号抽出部7と、MHPの数から物体11との距離および物体11の速度を算出する演算部8と、演算部8の算出結果などを表示する表示装置9と、半導体レーザ1の発振波長を変調する発振波長変調手段であるダイアフラムドライバ10とを有する。
なお、以上のような半導体レーザ1の詳細は、例えば特開2005−223111号公報、特開2007−173550号公報に開示されている。
ダイアフラムドライバ10は、半導体レーザ1の電極1015と電極1023との間にダイアフラム制御信号を印加する。ダイアフラム制御信号の電圧を変化させることにより、半導体レーザ1の発振波長を変化させることが可能になる。
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。
なお、現時点が第1の発振期間P1か第2の発振期間P2かはダイアフラムドライバ10から通知されるので、信号抽出部7は、現時点が第1の計数期間Q1か第2の計数期間Q2かを認識できるようになっている。
L=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、qは整数である。この現象は、物体11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。
Lα(t)=λa×λb×(MHP(t−1)+MHP(t))
/{4×(λb−λa)} ・・・(2)
Lβ(t)=λa×λb×(|MHP(t−1)−MHP(t)|)
/{4×(λb−λa)} ・・・(3)
Vα(t)=(MHP(t−1)−MHP(t))×λb/4 ・・・(4)
Vβ(t)=(MHP(t−1)+MHP(t))×λb/4 ・・・(5)
Vcalα(t)=Lα(t)−Lα(t−1) ・・・(6)
Vcalβ(t)=Lβ(t)−Lβ(t−1) ・・・(7)
次に、演算部8の状態判定部83は、記憶部82に格納された式(2)〜式(7)の算出結果を用いて、物体11の状態を判定する(図7ステップS12)。
すなわち、距離・速度確定部84は、物体11が微小変位状態で等速度運動していると判定された場合、速度の候補値Vα(t)を物体11の速度とし、距離の候補値Lα(t)を物体11との距離とし、物体11が変位状態で等速度運動していると判定された場合、速度の候補値Vβ(t)を物体11の速度とし、距離の候補値Lβ(t)を物体11との距離とする。
表示装置9は、物体11との距離などの演算部8によって算出された物理量を表示する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図8は本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ1の要部構成断面図であり、図2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、フォトダイオード2を半導体レーザ1の外部に設けた例を示している。
物理量センサのその他の構成は、第1の実施の形態と同じである。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、物理量センサの構成は第1の実施の形態、第2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。図12は本発明の第4の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図12の物理量センサは、第1、第2の実施の形態の物理量センサに対して、ビームスプリッター12と、戻り光検知用受光器であるフォトダイオード13と、フォトダイオード13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14と、電流−電圧変換増幅器14の出力電圧を基にレーザ光の放射方向に物体が存在するかどうかを判定する物体検知部15とを追加したものである。
電流−電圧変換増幅器14は、フォトダイオード13の出力電流を電圧に変換して増幅する。
物理量センサのその他の構成は、第1、第2の実施の形態と同じである。
また、第4の実施の形態では、ビームスプリッター12を用いているが、物体11からの戻り光を検知できればよいので、ビームスプリッター12は必須の構成ではない。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図14は本発明の第5の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図14の物理量センサは、第1、第2の実施の形態の物理量センサに対して、光出力制御部16を追加したものである。
こうして、本実施の形態では、半導体レーザ1の光出力を一定にすることができ、半導体レーザ1の長寿命化を実現することができる。
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図16は本発明の第6の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図16の物理量センサは、第1、第2の実施の形態の物理量センサに対して、光出力制御部17を追加したものである。
なお、図14のように電流−電圧変換増幅器5の出力電圧を光出力制御部17にフィードバックして、光出力制御部17は、電流−電圧変換増幅器5の出力電圧が表す光出力と駆動電流との積が常に一定になるように駆動電流を制御してもよい。
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図17は本発明の第7の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図17の物理量センサは、第1、第2の実施の形態の物理量センサに対して、ビームスプリッター12と、戻り光検知用受光器であるフォトダイオード13と、電流−電圧変換増幅器14と、光出力制御部18とを追加したものである。
電流−電圧変換増幅器14は、フォトダイオード13の出力電流を電圧に変換して増幅する。
また、本実施の形態では、ビームスプリッター12を用いているが、物体11からの戻り光を検知できればよいので、ビームスプリッター12は必須の構成ではない。
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。本実施の形態は、信号抽出部の別の構成例を示すものである。図18は本実施の形態の信号抽出部7aの構成の1例を示すブロック図である。信号抽出部7a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。
図19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、代表値算出部742と、補正値算出部743とから構成される。
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。
続いて、計数結果補正部74の代表値算出部742は、度数分布作成部741が作成した度数分布から、MHPの周期の中央値(メジアン)T0を算出する。
N’=N+Nw−Ns ・・・(8)
式(8)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。
本来、MHPの周期は測定対象12との距離によって異なるが、測定対象12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。
信号抽出部7aによれば、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、度数分布からMHPの周期の中央値を算出し、度数分布から、中央値の0.5倍以下である階級の度数の総和Nsと、中央値の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、物理量の測定精度を向上させることができる。
次に、本発明の第9の実施の形態について説明する。図23は本発明の第9の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図23の物理量センサは、半導体レーザ1と、フォトダイオード2と、レンズ3と、変調信号で変調された駆動電流を半導体レーザ1に供給するレーザドライバ4aと、電流−電圧変換増幅器5と、信号抽出部7と、演算部8と、表示装置9と、参照信号に同期したダイアフラム制御信号を半導体レーザ1に供給するダイアフラムドライバ10aと、参照信号を生成する参照信号生成回路19と、電圧制御発振器を制御する位相制御手段であるPLL(Phase Locked Loop )回路20と、変調信号を生成する電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)21と、電流−電圧変換増幅器5の出力電圧に含まれるMHP波形を平均化する平均化処理部22とを有する。
ダイアフラムドライバ10aは、第1の実施の形態のダイアフラムドライバ10と同様に、時間に関して一定の変化率で電圧増減を繰り返す三角波状のダイアフラム制御信号を半導体レーザ1に供給する。ただし、ダイアフラムドライバ10aは、ダイアフラム制御信号を、参照信号生成回路19から出力される参照信号と同期させて出力する。
また、信号抽出部7の代わりに、第8の実施の形態で説明した信号抽出部7aを用いることも可能である。この場合、信号抽出部7aの補正値算出部743は、式(8)により計算した補正後の計数結果N’とMHPの周期の代表値(中央値または最頻値)を平均化処理部22に出力する。
平均化計算部222は、メモリ221に記憶されたデジタル信号を、複数回の第1の計数期間Q1について平均化すると共に、複数回の第2の計数期間Q2について平均化する。
Atav={At(n)+At(n−1)+・・・・+A(n−m−1)}/m
・・・(9)
平均化処理部22は、以上のような処理を第1の計数期間Q1と第2の計数期間Q2の各々について行う。
次に、本発明の第10の実施の形態について説明する。図27は本発明の第10の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図である。図27の物理量センサは、第9の実施の形態の物理量センサに対して、位相検出部23を追加したものである。
すなわち、位相検出部23は、複数回の第1の計数期間Q1について電流−電圧変換増幅器5の出力に含まれるMHPの位相を調べたときに、位相変化がある場合には、複数回の第1の計数期間Q1についてMHPの位相が一致するように、すなわち半導体レーザ1の発振波長の変化率が一定になるように、ダイアフラムドライバ10aから半導体レーザ1に供給されるダイアフラム制御信号の振幅を制御する。
透明カバー141は、密閉ケース140の窓部に嵌め込んで設けられる。そして、半導体レーザ1は、その前面であるレーザ光入出射面を透明カバー141に対峙させて密閉ケース140内に組み込まれる。
次に、本発明の第11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、物理量センサの構成は第9の実施の形態と同様であるので、図23の符号を用いて説明する。
第9の実施の形態において、信号抽出部7は、平均化処理部22の出力に含まれるMHPの数を整数単位で数えている。しかしながら、第9の実施の形態で説明したように、ダイアフラム制御信号に対するMHPの計数期間のタイミングが高精度に制御され、さらに複数の計数期間にわたってMHPを平均化すると、平均化処理部22の計数部223は、計数期間の始めから終わりまでのMHPを小数点以下の単位で数えることができる。
第1〜第11の実施の形態では、MHP波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅器5とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することも可能である。図29は本発明の第12の実施の形態に係る物理量センサの構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の物理量センサは、第1、第2の形態のフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅器5の代わりに、検出手段として電圧検出回路24を用いるものである。
Claims (28)
- 制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え、測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザと、
この半導体レーザに駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させるレーザドライバと、
前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手段と、
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を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手段と、
参照信号を生成する参照信号生成手段と、
変調信号を生成する電圧制御発振手段と、
前記参照信号と前記検出手段の出力に含まれる変調信号とを位相比較し、この変調信号が前記参照信号と同期もしくは前記変調信号と前記参照信号との位相差が一定になるように、前記電圧制御発振手段を制御する位相制御手段とを備え、
前記レーザドライバは、前記電圧制御発振手段から出力される変調信号で前記駆動電流を変調し、
前記発振波長変調手段は、前記制御信号を前記参照信号と同期させることを特徴とする物理量センサ。 - 制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え、測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザと、
この半導体レーザに駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させるレーザドライバと、
前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手段と、
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を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手段とを備え、
前記レーザドライバは、パルス状の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給して、前記半導体レーザをパルス発光させることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項1記載の物理量センサにおいて、
前記発振波長変調手段は、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ものであり、
前記計測手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える信号抽出手段と、
前記信号抽出手段の計数結果から前記測定対象の物理量を算出する演算手段とからなることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項3記載の物理量センサにおいて、
前記信号抽出手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える計数手段と、
この計数手段が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、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、
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し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項3記載の物理量センサにおいて、
前記測定対象の物理量は、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であることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項2記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記測定対象からの戻り光を受光して電気信号に変換する戻り光検知用受光器と、
この戻り光検知用受光器の出力信号を基に前記レーザ光の放射方向に測定対象が存在するかどうかを判定する物体検知手段とを備えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項1記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記半導体レーザの光出力が一定になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段を備えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項1記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記半導体レーザの光出力が周囲温度に応じた適切な値になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段を備えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項1記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記測定対象からの戻り光を受光して電気信号に変換する戻り光検知用受光器と、
この戻り光検知用受光器の出力信号に基づいて、前記測定対象からの戻り光量が一定になるように、前記レーザドライバから前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手段とを備えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項1記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形を、前記発振波長の増加側の複数回の計数期間について平均化すると共に前記発振波長の減少側の複数回の計数期間について平均化する平均化処理手段を備え、
前記発振波長変調手段は、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ものであり、
前記計測手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える信号抽出手段と、
前記平均化処理手段から出力された計数結果から前記測定対象の物理量を算出する演算手段とからなり、
前記平均化処理手段は、
前記平均化を行う平均化計算手段と、
前記平均化後の干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える平均化処理後計数手段と、
前記信号抽出手段から出力された計数結果の変化が所定の範囲内の場合、前記平均化処理後計数手段から出力された計数結果を前記演算手段に出力し、前記信号抽出手段から出力された計数結果の変化が所定の範囲を超える場合、前記信号抽出手段から出力された計数結果を前記演算手段に出力する状態判定手段とからなることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項10記載の物理量センサにおいて、
前記信号抽出手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える平均化処理前計数手段と、
この平均化処理前計数手段が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、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、
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に基づいて前記平均化処理前計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を前記平均化処理手段に出力する補正値算出手段とからなり、
前記状態判定手段は、前記信号抽出手段から出力された計数結果の変化を観測する代わりに、前記信号抽出手段で算出された周期の分布の代表値の変化を観測し、この代表値の変化が所定の範囲内の場合、前記平均化処理後計数手段から出力された計数結果を前記演算手段に出力し、前記代表値の変化が所定の範囲を超える場合、前記信号抽出手段から出力された計数結果を前記演算手段に出力する状態判定手段とからなることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項10記載の物理量センサにおいて、
さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の位相変化を検出して、前記半導体レーザの発振波長の変化率が一定になるように、前記発振波長変調手段から前記半導体レーザに供給される制御信号を制御する位相検出手段を備えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項10記載の物理量センサにおいて、
前記平均化処理後計数手段は、前記平均化後の干渉波形を小数点以下の単位で数えることを特徴とする物理量センサ。 - 請求項7記載の物理量センサにおいて、
前記レーザドライバは、レーザ発振のしきい値電流付近の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給することを特徴とする物理量センサ。 - 制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザに、駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させる発振手順と、
前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手順と、
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を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手順と、
参照信号を生成する参照信号生成手順と、
変調信号を生成する電圧制御発振手順と、
前記参照信号と前記検出手順の出力に含まれる変調信号とを位相比較し、この変調信号が前記参照信号と同期もしくは前記変調信号と前記参照信号との位相差が一定になるように、前記電圧制御発振手順を制御する位相制御手順とを備え、
前記発振手順は、前記電圧制御発振手順で出力される変調信号で前記駆動電流を変調し、
前記発振波長変調手順は、前記制御信号を前記参照信号と同期させることを特徴とする物理量計測方法。 - 制御信号に応じた共振器長の調節により発振波長の制御が可能な波長可変機構を備え測定対象にレーザ光を放射する波長可変半導体レーザに、駆動電流を供給して前記半導体レーザを発振させる発振手順と、
前記半導体レーザに前記制御信号を供給して前記半導体レーザの発振波長を変調する発振波長変調手順と、
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を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の情報から、前記測定対象の物理量を計測する計測手順とを備え、
前記発振手順は、パルス状の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給して、前記半導体レーザをパルス発光させることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項15記載の物理量計測方法において、
前記発振波長変調手順は、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ものであり、
前記計測手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える信号抽出手順と、
前記信号抽出手順の計数結果から前記測定対象の物理量を算出する演算手順とからなることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項17記載の物理量計測方法において、
前記信号抽出手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える計数手順と、
この計数手順で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、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手順と、
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し、補正後の計数結果を信号抽出手順の計数結果として出力する補正値算出手順とからなることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項17記載の物理量計測方法において、
前記測定対象の物理量は、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であることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項16記載の物理量計測方法において、
さらに、前記測定対象からの戻り光を受光して電気信号に変換する戻り光検知手順と、
この戻り光検知手順で得られた出力信号を基に前記レーザ光の放射方向に測定対象が存在するかどうかを判定する物体検知手順とを備えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項15記載の物理量計測方法において、
さらに、前記半導体レーザの光出力が一定になるように、前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手順を備えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項15記載の物理量計測方法において、
さらに、前記半導体レーザの光出力が周囲温度に応じた適切な値になるように、前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手順を備えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項15記載の物理量計測方法において、
さらに、前記測定対象からの戻り光を受光して電気信号に変換する戻り光検知手順と、
この戻り光検知手順で得られた出力信号に基づいて、前記測定対象からの戻り光量が一定になるように、前記半導体レーザに供給される駆動電流を制御する光出力制御手順とを備えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項15記載の物理量計測方法において、
さらに、前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形を、前記発振波長の増加側の複数回の計数期間について平均化すると共に前記発振波長の減少側の複数回の計数期間について平均化する平均化処理手順を備え、
前記発振波長変調手順は、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ものであり、
前記計測手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える信号抽出手順と、
前記平均化処理手順で得られた計数結果から前記測定対象の物理量を算出する演算手順とからなり、
前記平均化処理手順は、
前記平均化を行う平均化計算手順と、
前記平均化後の干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える平均化処理後計数手順と、
前記信号抽出手順の計数結果の変化が所定の範囲内の場合、前記平均化処理後計数手順の計数結果を前記演算手順で使用させ、前記信号抽出手順の計数結果の変化が所定の範囲を超える場合、前記信号抽出手順の計数結果を前記演算手順で使用させる状態判定手順とからなることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項24記載の物理量計測方法において、
前記信号抽出手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記半導体レーザの発振波長の増加側の計数期間と前記発振波長の減少側の計数期間の各々について数える平均化処理前計数手順と、
この平均化処理前計数手順で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、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手順と、
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に基づいて前記平均化処理前計数手順の計数結果を補正し、補正後の計数結果を信号抽出手順の計数結果として出力する補正値算出手順とからなり、
前記状態判定手順は、前記信号抽出手順の計数結果の変化を観測する代わりに、前記信号抽出手順で算出された周期の分布の代表値の変化を観測し、この代表値の変化が所定の範囲内の場合、前記平均化処理後計数手順の計数結果を前記演算手順で使用させ、前記代表値の変化が所定の範囲を超える場合、前記信号抽出手順の計数結果を前記演算手順で使用させる状態判定手順とからなることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項24記載の物理量計測方法において、
さらに、前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の位相変化を検出して、前記半導体レーザの発振波長の変化率が一定になるように、前記半導体レーザに供給される制御信号を制御する位相検出手順を備えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項24記載の物理量計測方法において、
前記平均化処理後計数手順は、前記平均化後の干渉波形を小数点以下の単位で数えることを特徴とする物理量計測方法。 - 請求項21記載の物理量計測方法において、
前記発振手順は、レーザ発振のしきい値電流付近の前記駆動電流を前記半導体レーザに供給することを特徴とする物理量計測方法。
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