JP5541773B2 - Physical quantity sensor and physical quantity measuring method - Google Patents
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本発明は、半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報から、物体との距離や物体の速度等の物理量を計測する物理量センサおよび物理量計測方法に関するものである。 The present invention relates to a physical quantity sensor and a physical quantity measurement method for measuring a physical quantity such as a distance to an object and a speed of an object from information on interference caused by a self-coupling effect between laser light emitted from a semiconductor laser and return light from the object. Is.
従来より、半導体レーザの自己結合効果を用いた波長変調型の物理量センサが提案されている(特許文献1参照)。この物理量センサの構成を図24に示す。図24の物理量センサは、測定対象の物体210にレーザ光を放射する第1、第2の半導体レーザ201−1,201−2と、半導体レーザ201−1,201−2の光出力をそれぞれ電気信号に変換するフォトダイオード202−1,202−2と、半導体レーザ201−1,201−2からの光をそれぞれ集光して物体210に照射すると共に、物体210からの戻り光を集光して半導体レーザ201−1,201−2に入射させるレンズ203−1,203−2と、半導体レーザ201−1,201−2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第1、第2のレーザドライバ204−1,204−2と、フォトダイオード202−1,202−2の出力電流をそれぞれ電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器205−1,205−2と、電流−電圧変換増幅器205−1,205−2の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ回路206−1,206−2と、フィルタ回路206−1,206−2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)の数を数える計数装置207と、物体210との距離および物体210の速度を算出する演算装置208と、演算装置208の算出結果を表示する表示装置209とを有する。
Conventionally, a wavelength modulation type physical quantity sensor using a self-coupling effect of a semiconductor laser has been proposed (see Patent Document 1). The configuration of this physical quantity sensor is shown in FIG. The physical quantity sensor of FIG. 24 electrically outputs the light outputs of the first and second semiconductor lasers 201-1 and 201-2 that emit laser light to the
レーザドライバ204−1,204−2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201−1,201−2に供給する。これにより、半導体レーザ201−1,201−2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。このとき、レーザドライバ204−1,204−2は、半導体レーザ201−1と201−2とで発振波長の増減が逆になるように駆動電流を供給する。図25は半導体レーザ201−1,201−2の発振波長の時間変化を示す図である。図25において、LD1は半導体レーザ201−1の発振波形、LD2は半導体レーザ201−2の発振波形、P1は第1の発振期間、P2は第2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、Tcarは三角波の周期である。 The laser drivers 204-1 and 204-2 supply a triangular wave drive current that repeatedly increases and decreases at a constant change rate with respect to time to the semiconductor lasers 201-1 and 201-2 as an injection current. As a result, the semiconductor lasers 201-1 and 201-2 have a first oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases at a constant change rate in proportion to the magnitude of the injection current, and an oscillation wavelength at a constant change rate. The second oscillation period that continuously decreases is driven to alternately repeat. At this time, the laser drivers 204-1 and 204-2 supply drive currents so that the increase and decrease of the oscillation wavelength are reversed between the semiconductor lasers 201-1 and 201-2. FIG. 25 is a diagram showing the change over time of the oscillation wavelengths of the semiconductor lasers 201-1 and 201-2. In FIG. 25, LD1 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 201-1, LD2 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 201-2, P1 is the first oscillation period, P2 is the second oscillation period, and λa is the oscillation wavelength in each period. The minimum value, λb is the maximum value of the oscillation wavelength in each period, and Tcar is the period of the triangular wave.
半導体レーザ201−1,201−2から出射したレーザ光は、レンズ203−1,203−2によって集光され、物体210に入射する。物体210で反射された半導体レーザ201−1,201−2の光は、それぞれレンズ203−1,203−2によって集光され、半導体レーザ201−1,201−2に入射する。電流−電圧変換増幅器205−1,205−2は、それぞれフォトダイオード202−1,202−2の出力電流を電圧に変換して増幅する。フィルタ回路206−1,206−2は、電流−電圧変換増幅器205−1,205−2の出力電圧から搬送波を除去する。計数装置207は、フィルタ回路206−1,206−2の出力電圧に含まれるMHPの数を数える。演算装置208は、半導体レーザ201−1,201−2の最小発振波長λaと最大発振波長λbと計数装置207の計数結果に基づいて物体210との距離および物体210の速度を算出する。
Laser light emitted from the semiconductor lasers 201-1 and 201-2 is collected by the lenses 203-1 and 203-2 and enters the
特許文献1に開示された自己結合型の物理量センサでは、距離や速度の算出にある程度の計測時間(特許文献1の例では、半導体レーザの発振波長変調の搬送波の半周期)が必要となるため、速度の変化が速い測定対象の計測においては計測誤差を生じるという問題点があった。また、信号処理においてMHPの数を数える必要があるため、半導体レーザの半波長未満の分解能を実現することが難しいという問題点があった。
The self-coupled physical quantity sensor disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、物体との距離や物体の速度等の物理量を高い分解能で計測することができ、計測に要する時間を短縮することができる物理量センサおよび物理量計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and a physical quantity sensor capable of measuring a physical quantity such as a distance to an object and a speed of the object with high resolution and reducing a time required for the measurement, and The object is to provide a physical quantity measurement method.
本発明の物理量センサ(第1の実施の形態)は、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の発振波長変調手段と、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の発振波長変調手段と、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第1の検出手段と、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第2の検出手段と、前記第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手段と、この第1、第2の信号抽出手段の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手段と、この第1、第2の個数算出手段の算出結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、この符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと測定対象との平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1の個数算出手段の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第2の個数算出手段の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、あるいは2つの前記絶対値の平均値を算出することにより、前記測定対象の変位に比例した干渉波形の数である変位比例個数を求める変位比例個数算出手段と、前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果と前記変位比例個数算出手段が算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の物理量を算出する物理量算出手段とを備え、前記符号付与手段は、前記第1、第2の個数算出手段の最新の算出結果のうち大きい方の算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果を用いて算出された前記距離比例個数の2倍数との大小関係、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の増減方向の一致不一致、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値の変化に応じて、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。 The physical quantity sensor (first embodiment) of the present invention includes a first semiconductor laser that emits a first laser beam to a measurement target, and a second laser that is parallel to the first laser beam on the measurement target. A second semiconductor laser that emits light; a first oscillation wavelength modulator that operates the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists; and Second oscillation wavelength modulation means for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the semiconductor laser, the first laser beam, and the return light of the laser beam from the measurement object The first detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform generated by the self-coupling effect between the second laser beam and the interference waveform generated by the self-coupling effect between the second laser beam and the return beam of the laser beam from the measurement target Second detection means for detecting an electrical signal including the first and second measurement means for measuring the period of the interference waveform included in the output signals of the first and second detection means each time the interference waveform is input. a signal extraction means, the first, and the first, second count calculating means for calculating the number of interference waveforms per unit each time from the measurement results of the second signal extraction means, first this, the second A sign assigning means for assigning a positive or negative sign to the calculation result of the number calculating means, and an average value of the signed calculation results of the first and second number calculating means given the sign by the sign providing means. A distance proportional number calculating means for obtaining a distance proportional number that is the number of interference waveforms proportional to an average distance between the semiconductor laser and the measurement object; and the first number given by the sign providing means. The latest sign of the calculation means The absolute value of the difference between the calculated result and the average value of the signed calculation results of the first and second number calculating means before the calculated result is calculated, or the sign is given by the sign assigning means. The absolute difference between the latest signed calculation result of the second number calculation means and the average value of the signed calculation results of the first and second number calculation means in the past from the calculation result. A displacement proportional number calculating means for calculating a displacement proportional number that is the number of interference waveforms proportional to the displacement of the measurement object by calculating a value or calculating an average value of the two absolute values; Physical quantity calculating means for calculating the physical quantity of the measurement object based on the signed calculation results of the first and second number calculating means and the displacement proportional number calculated by the displacement proportional number calculating means, which are given signs by the means equipped with a door, The sign assigning means includes a larger calculation result of the latest calculation results of the first and second number calculation means, and a sign of the first and second number calculation means that is earlier than the calculation result. The size relationship with the double of the distance proportional number calculated using the attached calculation result, the coincidence mismatch of the increase / decrease direction of the calculation result of the first and second number calculation means, or the first and second numbers In accordance with a change in the average value of the calculation results of the calculation means, a positive or negative sign is added to the calculation results of the first and second number calculation means .
また、本発明の物理量センサ(第2の実施の形態)は、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の発振波長変調手段と、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の発振波長変調手段と、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第1の検出手段と、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第2の検出手段と、前記第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手段と、この第1、第2の信号抽出手段の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手段と、この第1、第2の個数算出手段の算出結果に基づいて、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前記測定対象の物理量の候補値を算出する物理量候補値算出手段と、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態であると判定し、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態であると判定する状態判定手段と、前記状態判定手段の判定結果に基づいて前記候補値の選定を行い、前記測定対象の物理量を確定する物理量確定手段とを備えることを特徴とするものである。 The physical quantity sensor of the present invention (second embodiment) includes a first semiconductor laser that emits a first laser beam to a measurement target, and a second parallel to the first laser beam on the measurement target. A second semiconductor laser that emits the laser light, and a first oscillation wavelength modulation unit that operates the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists, Second oscillation wavelength modulation means for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser, the first laser beam, and the laser beam from the measurement target First detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect with return light, and the self-coupling effect between the second laser light and the return light from the measurement target of the laser light Dried Second detection means for detecting an electrical signal including a waveform, and first and first measurements of the period of the interference waveform included in the output signals of the first and second detection means each time the interference waveform is input. Two signal extracting means, first and second number calculating means for calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extracting means, and the first and second number extracting means. Based on the calculation result of the number calculation means, the physical quantity candidate value for calculating the physical quantity candidate value of the measurement target for each of the case where the measurement target is assumed to be in a minute displacement state and the case where the measurement target is assumed to be in a displacement state When the time change of the calculation result of the second number calculation means is opposite to the time change of the calculation result of the calculation means and the first number calculation means, it is determined that the measurement object is in a minute displacement state And the first number calculating means If the time change of the calculation results of the second number calculating means with respect to the time change of the calculation result is the same direction, and determines the state determining means and the measurement target is in the displacement state, the determination result of said state determining means And a physical quantity determination means for selecting the candidate value based on the above and determining the physical quantity of the measurement target.
また、本発明の物理量センサの1構成例(第1の実施の形態)において、前記符号付与手段は、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数よりも小さい場合、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値に変化が無い場合、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果にそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数以上の場合、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値が変化した場合、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、前記物理量算出手段は、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記符号付与手段によって符号が与えられた符号付き算出結果に基づいて前記測定対象との距離を算出し、前記第1、第2の半導体レーザの平均発振波長と前記変位比例個数算出手段が算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の速度を算出することを特徴とするものである。 Further, in one configuration example (first embodiment) of the physical quantity sensor of the present invention, the sign assigning unit has a larger calculation result of the distances calculated by the first and second number calculation units. When the time change of the calculation result of the second number calculation means is in the opposite direction to the time change of the calculation result of the first number calculation means, When there is no change in the average value of the calculation results of the second number calculation means, a signed calculation result obtained by adding a positive sign to the calculation results of the first and second number calculation means is output, and the first When the larger calculation result among the calculation results of the second number calculation means is equal to or greater than twice the distance proportional number, the second number with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation means The time change of the calculation result of the calculation means is the same direction Or when the average value of the calculation results of the first and second number calculation means changes, a positive sign is given to the larger calculation result of the calculation results of the first and second number calculation means The signed calculation result obtained by adding a negative sign to the smaller calculation result is output, and the physical quantity calculation means includes the minimum and maximum oscillation wavelengths of the first and second semiconductor lasers, and the sign addition means. The distance from the object to be measured is calculated based on the signed calculation result given by the sign, and the average oscillation wavelength of the first and second semiconductor lasers and the displacement proportional number calculated by the displacement proportional number calculating means are calculated. Based on this, the speed of the measurement object is calculated.
また、本発明の物理量センサの1構成例(第2の実施の形態)において、前記物理量候補値算出手段は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態と仮定した場合と変位状態と仮定した場合の各々について、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記第1、第2の個数算出手段の算出結果から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を算出し、前記状態判定手段は、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態にあると判定し、前記物理量確定手段は、前記測定対象が微小変位状態と判定された場合、前記測定対象が微小変位状態と仮定して算出された前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定し、前記測定対象が変位状態と判定された場合、前記測定対象が変位状態と仮定して算出された前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定することを特徴とするものである。 Further, in one configuration example (second embodiment) of the physical quantity sensor of the present invention, the physical quantity candidate value calculating means changes the state of the measurement target to a minute displacement state or a displacement that moves more rapidly than the minute displacement state. The minimum oscillation wavelength and the maximum oscillation wavelength of the first and second semiconductor lasers and the first oscillation wavelength for each of the cases where the measurement object is assumed to be a minute displacement state and the displacement state are assumed 1. A candidate value for the distance to the measurement object and a candidate value for the speed of the measurement object are calculated from the calculation results of the first and second number calculation means, and the state determination means calculates the calculation result of the first number calculation means. When the time change of the calculation result of the second number calculation means is opposite to the time change of the time, it is determined that the measurement object is in a minute displacement state, and the time of the calculation result of the first number calculation means Against change When the time change of the calculation result of the second number calculation means is in the same direction, it is determined that the measurement object is in a displacement state, and the physical quantity determination means is determined that the measurement object is in a minute displacement state, The distance and speed candidate values calculated on the assumption that the measurement object is in a minute displacement state are determined as physical quantities of the measurement object, and when the measurement object is determined to be in a displacement state, the measurement object is in a displacement state. The distance and speed candidate values calculated on the assumption are determined as physical quantities of the measurement object.
また、本発明の物理量センサの1構成例(第1、第2の実施の形態)は、さらに、前記第1、第2の信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第1の信号抽出手段の計測結果について算出する第1の移動平均値算出手段と、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第2の信号抽出手段の計測結果について算出する第2の移動平均値算出手段と、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期と前記第1の移動平均値算出手段によって算出された2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第1の周期補正手段と、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期と前記第2の移動平均値算出手段によって算出された2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第2の周期補正手段とを備え、前記第1、第2の個数算出手段は、前記第1、第2の信号抽出手段の計測結果から単位時間当たりの干渉波形の数を算出する代わりに、前記第1、第2の周期補正手段によって補正された干渉波形の周期からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出することを特徴とするものである。 Further, one configuration example (first and second embodiments) of the physical quantity sensor of the present invention further includes storage means for storing the measurement results of the first and second signal extraction means, and the first A moving average value of a predetermined number of interference waveform periods measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured by the signal extraction means and stored in the storage means, and measured by the first signal extraction means A first moving average that calculates a moving average value of a period of a predetermined number of interference waveforms that is measured immediately after the period of the interference waveform to be corrected and stored in the storage means, for the measurement result of the first signal extraction means. A moving average value of a period of a predetermined number of interference waveforms measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured by the second signal extraction means and stored in the storage means; 2 by the signal extraction means Secondly, a moving average value of a predetermined number of interference waveform periods measured immediately after the measured period of the interference waveform to be corrected and stored in the storage means is calculated for the measurement result of the second signal extraction means. A moving average value calculating means, a period of the interference waveform to be corrected measured by the first signal extracting means, and one moving average value obtained by the two moving average values calculated by the first moving average value calculating means. A first period for correcting the period of the interference waveform to be corrected measured by the first signal extraction unit by comparing the value and updating the period stored in the storage unit according to the result of the correction a correction unit, and one of the values obtained from the two moving average value calculated by the second period of the interference waveform of the corrected measured by the signal extracting means and the second moving average value calculating means A second period correcting unit that corrects the period of the interference waveform to be corrected, measured by the second signal extracting unit, and updates the period stored in the storage unit according to a result of the correction, by comparing And the first and second number calculating means instead of calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extracting means. The number of interference waveforms per unit time is calculated from the period of the interference waveform corrected by the period correction means.
また、本発明の物理量計測方法(第1の実施の形態)は、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第1の検出手順と、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を含む電気信号を検出する第2の検出手順と、前記第1、第2の検出手順で得られた出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手順と、この第1、第2の信号抽出手順の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手順と、この第1、第2の個数算出手順の算出結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、この符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと測定対象との平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1の個数算出手順の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第2の個数算出手順の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、あるいは2つの前記絶対値の平均値を算出することにより、前記測定対象の変位に比例した干渉波形の数である変位比例個数を求める変位比例個数算出手順と、前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果と前記変位比例個数算出手順で算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の物理量を算出する物理量算出手順とを備え、前記符号付与手順は、前記第1、第2の個数算出手順の最新の算出結果のうち大きい方の算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果を用いて算出された前記距離比例個数の2倍数との大小関係、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の増減方向の一致不一致、あるいは前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の平均値の変化に応じて、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果に正負の符号を付与することを特徴とするものである。 Further, the physical quantity measuring method (first embodiment) of the present invention includes a first oscillation procedure for operating the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists. , A second oscillation procedure for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser, the first laser light emitted from the first semiconductor laser, and this A first detection procedure for detecting an electric signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect with a return light from a measurement target of the laser light; a second laser light emitted from the second semiconductor laser; and the laser Included in the second detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by the self-coupling effect of light with the return light from the measurement target, and the output signals obtained by the first and second detection procedures interference From the measurement results of the first and second signal extraction procedures and the first and second signal extraction procedures for measuring the shape period each time an interference waveform is input, the number of interference waveforms per unit time is calculated. first calculated, and the second number calculation procedure, first this, the sign applying procedure for applying positive and negative signs on the calculation results of the second number calculation procedure, the code is given by the sign applying procedure, A distance proportionality is obtained by calculating an average value of the signed calculation results of the first and second number calculation procedures to obtain a distance proportional number that is the number of interference waveforms proportional to the average distance between the semiconductor laser and the measurement target. The number calculation procedure, the latest signed calculation result of the first number calculation procedure to which the code is given by the sign assigning procedure, and the first and second number calculation procedures past the calculation result Of signed calculation result of The absolute value of the difference from the average value is calculated, or the latest signed calculation result of the second number calculation procedure, which is given a sign by the sign assigning procedure, 1. Calculate the absolute value of the difference from the average value of the signed calculation result of the second number calculation procedure, or calculate the average value of the two absolute values, which is proportional to the displacement of the measurement object A displacement proportional number calculation procedure for obtaining a displacement proportional number which is the number of interference waveforms, a signed calculation result of the first and second number calculation procedures, and a displacement proportional number calculation , which are given codes by the sign assigning procedure. A physical quantity calculating procedure for calculating the physical quantity of the measurement object based on the displacement proportional number calculated in the procedure , wherein the sign assigning procedure is the larger of the latest calculation results of the first and second number calculating procedures. And the calculation result of , A magnitude relationship with a double of the distance proportional number calculated using the signed calculation result of the first and second number calculation procedures in the past from the calculation result, the first and second numbers The calculation result of the first and second number calculation procedures is positive or negative according to the coincidence / mismatch of the calculation results of the calculation procedure or the change in the average value of the calculation results of the first and second number calculation procedures. Is given .
また、本発明の物理量計測方法(第2の実施の形態)は、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第1の検出手順と、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を含む電気信号を検出する第2の検出手順と、前記第1、第2の検出手順で得られた出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手順と、この第1、第2の信号抽出手順の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手順と、この第1、第2の個数算出手順の算出結果に基づいて、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前記測定対象の物理量の候補値を算出する物理量候補値算出手順と、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態であると判定し、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態であると判定する状態判定手順と、前記状態判定手順の判定結果に基づいて前記候補値の選定を行い、前記測定対象の物理量を確定する物理量確定手順とを備えることを特徴とするものである。 The physical quantity measurement method (second embodiment) of the present invention includes a first oscillation procedure for operating the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists. , A second oscillation procedure for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser, the first laser light emitted from the first semiconductor laser, and this A first detection procedure for detecting an electric signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect with a return light from a measurement target of the laser light; a second laser light emitted from the second semiconductor laser; and the laser Included in the second detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by the self-coupling effect of light with the return light from the measurement target, and the output signals obtained by the first and second detection procedures interference From the measurement results of the first and second signal extraction procedures and the first and second signal extraction procedures for measuring the shape period each time an interference waveform is input, the number of interference waveforms per unit time is calculated. Based on the first and second number calculation procedures to be calculated and the calculation results of the first and second number calculation procedures, it is assumed that the measurement object is in a minute displacement state and a displacement state. The physical quantity candidate value calculation procedure for calculating the candidate value of the physical quantity to be measured for each of the measurement results, and the calculation result of the second number calculation procedure with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure. When the time change is in the reverse direction, it is determined that the measurement object is in a minute displacement state, and the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is changed with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure. Are in the same direction, Characterized but the state determination procedure determines that the displacement state, performs selection of the determination result to the candidate values based of the state determination procedure, further comprising a physical quantity determined procedure for determining the physical quantity of the measurement object Is.
本発明によれば、発振波長の増減が逆になる第1、第2の半導体レーザからそれぞれレーザ光を測定対象に同時に放射させ、第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期を計測し、2つの計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出し、2つの算出結果のうち大きい方の算出結果とこの算出結果よりも過去の算出結果を用いて算出された、半導体レーザと測定対象との平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数の2倍数との大小関係、2つの算出結果の増減方向の一致不一致、あるいは2つの算出結果の平均値の変化に応じて、2つの算出結果に正負の符号を付与し、符号が与えられた最新の符号付き算出結果と過去の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出することにより変位比例個数を求め、符号付き算出結果と変位比例個数に基づいて測定対象の物理量を算出することにより、測定対象の物理量を従来よりも高い分解能で計測することができる。また、従来の物理量センサでは、半導体レーザの発振波長変調の搬送波の半周期分の計測時間がかかるのに対して、本発明では、1つ1つの干渉波形の周期を単位時間当たりの干渉波形の数に変換して、この干渉波形の数から測定対象の物理量を求めることができるので、計測に要する時間を大幅に短縮することができ、速度の変化が速い物体にも対応することができる。 According to the present invention, laser beams are simultaneously emitted from the first and second semiconductor lasers whose oscillation wavelengths increase and decrease are opposite to each other, and the interference waveforms included in the output signals of the first and second detection means. The number of interference waveforms per unit time is calculated from each of the two measurement results, and the larger one of the two calculation results and the past calculation result are used to calculate the number of interference waveforms. In addition, the magnitude relationship between the number of interference waveforms proportional to the average distance between the semiconductor laser and the object to be measured and the double of the proportional number of distances, the coincidence / mismatch of the increase / decrease direction of the two calculation results, or the average value of the two calculation results By adding a positive or negative sign to the two calculation results in accordance with the change of, and calculating the absolute value of the difference between the latest signed calculation result given the sign and the average value of past signed calculation results Displacement proportional number Because, by calculating the physical quantity to be measured on the basis of the signed calculated results and the displacement-proportional count, the physical quantity to be measured can be measured with a high resolution than before. Further, in the conventional physical quantity sensor, it takes a measurement time corresponding to a half cycle of the carrier wave of the oscillation wavelength modulation of the semiconductor laser, whereas in the present invention, the cycle of each interference waveform is set to the interference waveform per unit time. Since the physical quantity of the object to be measured can be obtained from the number of interference waveforms by converting it into a number, the time required for measurement can be greatly shortened, and an object with a fast change in speed can be dealt with.
また、本発明では、発振波長の増減が逆になる第1、第2の半導体レーザからそれぞれレーザ光を測定対象に同時に放射させ、第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期を計測し、2つの計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出し、2つの算出結果に基づいて測定対象の物理量の候補値を算出し、2つの算出結果の増減方向の一致不一致に基づいて測定対象の状態を判定し、この判定結果に基づいて候補値の選定を行い、測定対象の物理量を確定することにより、測定対象の物理量を従来よりも高い分解能で計測することができる。また、本発明では、従来の物理量センサに比べて計測に要する時間を大幅に短縮することができ、速度の変化が速い物体にも対応することができる。 Further, in the present invention, laser light is simultaneously emitted from the first and second semiconductor lasers in which the increase and decrease of the oscillation wavelength are reversed, and the interference waveform included in the output signals of the first and second detection means. The number of interference waveforms per unit time is calculated from the two measurement results, the candidate value of the physical quantity to be measured is calculated based on the two calculation results, and the increase / decrease direction of the two calculation results is calculated. Measure the physical quantity of the measurement target with higher resolution than before by determining the state of the measurement target based on the coincidence mismatch, selecting the candidate value based on this determination result, and determining the physical quantity of the measurement target Can do. Further, in the present invention, the time required for measurement can be greatly reduced as compared with the conventional physical quantity sensor, and it is possible to deal with an object whose speed changes rapidly.
また、本発明では、第1、第2の信号抽出手段によって計測された干渉波形の周期を補正することにより、測定対象の物理量の計測精度を向上させることができる。 In the present invention, the measurement accuracy of the physical quantity to be measured can be improved by correcting the period of the interference waveform measured by the first and second signal extraction means.
[第1の実施の形態]
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、測定対象の物体10にレーザ光を放射する第1、第2の半導体レーザ1−1,1−2と、半導体レーザ1−1,1−2の光出力をそれぞれ電気信号に変換するフォトダイオード2−1,2−2と、半導体レーザ1−1,1−2からの光をそれぞれ集光して物体10に照射すると共に、物体10からの戻り光を集光して半導体レーザ1−1,1−2に入射させるレンズ3−1,3−2と、半導体レーザ1−1,1−2を駆動する第1、第2の発振波長変調手段となるレーザドライバ4−1,4−2と、フォトダイオード2−1,2−2の出力電流をそれぞれ電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部5−1,5−2と、電流−電圧変換増幅部5−1,5−2の出力電圧からそれぞれ搬送波を除去するフィルタ部6−1,6−2と、フィルタ部6−1,6−2の出力電圧に含まれる自己結合信号であるMHPの周期を計測する信号抽出部7−1,7−2と、物体10との距離および物体10の速度を算出する演算部8と、演算部8の算出結果を表示する表示部9とを有する。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a physical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention. The physical quantity sensor in FIG. 1 electrically outputs the optical outputs of the first and second semiconductor lasers 1-1 and 1-2 and the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 that emit laser light to the
フォトダイオード2−1と電流−電圧変換増幅部5−1とは第1の検出手段を構成し、フォトダイオード2−2と電流−電圧変換増幅部5−2とは第2の検出手段を構成している。以下、説明容易にするために、半導体レーザ1には、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。
The photodiode 2-1 and the current-voltage conversion amplification unit 5-1 constitute first detection means, and the photodiode 2-2 and the current-voltage conversion amplification unit 5-2 constitute second detection means. doing. Hereinafter, for ease of explanation, it is assumed that a
レーザドライバ4−1,4−2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1−1,1−2に供給する。これにより、半導体レーザ1−1,1−2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P1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P2とを交互に繰り返すように駆動される。 The laser drivers 4-1 and 4-2 supply triangular wave drive currents that repeatedly increase and decrease at a constant change rate with respect to time to the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 as injection currents. As a result, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 have the first oscillation period P1 in which the oscillation wavelength continuously increases at a constant change rate in proportion to the magnitude of the injected current, and the change rate at which the oscillation wavelength is constant. The second oscillation period P2, which continuously decreases in step S2, is driven to alternately repeat.
このとき、レーザドライバ4−1,4−2は、半導体レーザ1−1と1−2とで発振波長の増減が逆になるように駆動電流を供給する。すなわち、半導体レーザ1−1と1−2は、発振波長の変化率の絶対値が同一で変化率の極性が逆になっている。したがって、半導体レーザ1−1の発振波長が最大値になったときに、半導体レーザ1−2の発振波長は最小値となり、半導体レーザ1−1の発振波長が最小値になったときに、半導体レーザ1−2の発振波長は最大値となる。半導体レーザ1−1の発振波形をLD1、半導体レーザ1−2の発振波形をLD2とすると、半導体レーザ1−1,1−2の発振波長の時間変化は、図25に示したとおりである。本実施の形態では、発振波長の最大値λbおよ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。 At this time, the laser drivers 4-1 and 4-2 supply a drive current so that the increase and decrease of the oscillation wavelength are reversed between the semiconductor lasers 1-1 and 1-2. That is, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 have the same absolute value of the change rate of the oscillation wavelength and the polarity of the change rate is reversed. Therefore, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-1 becomes the maximum value, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-2 becomes the minimum value, and when the oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-1 becomes the minimum value, the semiconductor laser 1-1 has the minimum value. The oscillation wavelength of the laser 1-2 is the maximum value. When the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-1 is LD1, and the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-2 is LD2, the time variation of the oscillation wavelength of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 is as shown in FIG. In the present embodiment, the maximum value λb of the oscillation wavelength and the minimum value λa of the oscillation wavelength are always constant, and the difference λb−λa is also always constant.
半導体レーザ1−1,1−2から出射したレーザ光は、レンズ3−1,3−2によって集光され、物体10に入射する。このとき、半導体レーザ1−1,1−2のレーザ光は互いに平行に出射して物体10に入射する。物体10で反射された半導体レーザ1−1,1−2の光は、それぞれレンズ3−1,3−2によって集光され、半導体レーザ1−1,1−2に入射する。なお、レンズ3−1,3−2による集光は必須ではない。フォトダイオード2−1,2−2は、それぞれ半導体レーザ1−1,1−2の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ1−1,1−2の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部5−1,5−2は、それぞれフォトダイオード2−1,2−2の出力電流を電圧に変換して増幅する。
Laser light emitted from the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 is collected by the lenses 3-1 and 3-2 and enters the
フィルタ部6−1,6−2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2(A)、図2(B)はそれぞれ電流−電圧変換増幅部5−1,5−2の出力電圧波形を模式的に示す図、図2(C)、図2(D)はそれぞれフィルタ部6−1,6−2の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード2−1,2−2の出力に相当する図2(A)、図2(B)の波形(変調波)から、図25に示したような半導体レーザ1−1,1−2の発振波形(搬送波)を除去して、図2(C)、図2(D)のMHP波形(重畳波)を抽出する過程を表している。 The filter units 6-1 and 6-2 have a function of extracting a superimposed signal from the modulated wave. 2A and 2B are diagrams schematically showing output voltage waveforms of the current-voltage conversion amplification units 5-1 and 5-2, and FIGS. 2C and 2D are respectively shown. It is a figure which shows typically the output voltage waveform of the filter parts 6-1 and 6-2. These figures show the semiconductor laser 1-1 as shown in FIG. 25 from the waveforms (modulated waves) shown in FIGS. 2A and 2B corresponding to the outputs of the photodiodes 2-1, 2-2. , 1-2 is removed, and the MHP waveform (superimposed wave) shown in FIGS. 2C and 2D is extracted.
信号抽出部7−1,7−2は、それぞれフィルタ部6−1,6−2の出力電圧に含まれるMHPの周期をMHPが発生する度に計測する。ここで、自己結合信号であるMHPについて説明する。図3に示すように、ミラー層1013から物体10までの距離をL、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、物体10からの戻り光と半導体レーザ1の光共振器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=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、qは整数である。この現象は、物体10からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ1の共振器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。なお、図3において、1019はミラーとなる誘電体多層膜である。
The signal extraction units 7-1 and 7-2 measure the period of MHP included in the output voltages of the filter units 6-1 and 6-2, respectively, every time MHP is generated. Here, the MHP that is a self-coupled signal will be described. As shown in FIG. 3, when the distance from the
L = qλ / 2 (1)
In Formula (1), q is an integer. This phenomenon can be sufficiently observed even if the scattered light from the
図4は、半導体レーザ1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2の出力波形との関係を示す図である。式(1)に示したL=qλ/2を満足したときに、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が0°(同位相)になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も強め合い、L=qλ/2+λ/4のときに、位相差が180°(逆位相)になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ1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フォトダイオード2で検出すると、図4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つがMHPである。物体10が静止している場合、ある一定時間において半導体レーザ1の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してMHPの数は変化する。なお、物体10が運動している場合は、ある一定時間において半導体レーザ1の発振波長を変化させた場合、MHPの数は測定距離に比例する個数と変位に比例する個数とが線形結合した数になる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the oscillation wavelength and the output waveform of the
図5(A)〜図5(D)は信号抽出部7−1の動作を説明するための図であり、図5(A)はフィルタ部6−1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5(B)はMHPを2値化した波形を示す図、図5(C)は信号抽出部7−1に入力されるサンプリングクロックを示す図、図5(D)は図5(B)に対応する信号抽出部7−1の測定結果を示す図である。 FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining the operation of the signal extraction unit 7-1. FIG. 5A illustrates the waveform of the output voltage of the filter unit 6-1, that is, the waveform of the MHP. FIG. 5B is a diagram illustrating a waveform obtained by binarizing MHP, FIG. 5C is a diagram illustrating a sampling clock input to the signal extraction unit 7-1, and FIG. ) Is a diagram illustrating a measurement result of the signal extraction unit 7-1 corresponding to FIG.
まず、信号抽出部7−1は、図5(A)に示すフィルタ部6−1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、フィルタ部6−1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、フィルタ部6−1の出力を2値化する。そして、信号抽出部7−1は、2値化したMHP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、信号抽出部7−1は、図5(C)に示すサンプリングクロックの周期を1単位としてMHPの周期を測定する。図5(D)の例では、信号抽出部7−1は、MHPの周期としてTα,Tβ,Tγを順次測定している。図5(C)、図5(D)から明らかなように、周期Tα,Tβ,Tγの大きさは、それぞれ5[samplings]、4[samplings]、2[samplings]である。サンプリングクロックの周波数は、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。 First, the signal extraction unit 7-1 determines that the output voltage of the filter unit 6-1 shown in FIG. 5A increases to a threshold value TH1 or higher, and determines that the level is high, and the filter unit 6-1. The output voltage of the filter section 6-1 is binarized by determining the low level when the output voltage decreases to a threshold value TH2 (TH2 <TH1) or less. The signal extraction unit 7-1 measures the binarized MHP rising edge period (that is, the MHP period) every time the rising edge occurs. At this time, the signal extraction unit 7-1 measures the MHP cycle with the sampling clock cycle shown in FIG. 5C as one unit. In the example of FIG. 5D, the signal extraction unit 7-1 sequentially measures Tα, Tβ, and Tγ as the MHP cycle. As is clear from FIGS. 5C and 5D, the periods Tα, Tβ, and Tγ are 5 [samplings], 4 [samplings], and 2 [samplings], respectively. The frequency of the sampling clock is assumed to be sufficiently higher than the highest frequency that MHP can take.
信号抽出部7−2の動作は、信号抽出部7−1と同様である。すなわち、信号抽出部7−2は、信号抽出部7−1と同じサンプリングクロックを用いて、フィルタ部6−2の出力電圧に含まれるMHPの周期を計測する。信号抽出部7−1がフィルタ部6−1の出力電圧に含まれるMHPの周期TXを計測すると同時に、信号抽出部7−2がフィルタ部6−2の出力電圧に含まれるMHPの周期TYを計測するといったように、MHPの周期TXとTYは同時に求められる。 The operation of the signal extraction unit 7-2 is the same as that of the signal extraction unit 7-1. That is, the signal extraction unit 7-2 measures the period of MHP included in the output voltage of the filter unit 6-2 using the same sampling clock as that of the signal extraction unit 7-1. The signal extraction unit 7-1 measures the MHP cycle TX included in the output voltage of the filter unit 6-1, and the signal extraction unit 7-2 calculates the MHP cycle TY included in the output voltage of the filter unit 6-2. As measured, the MHP cycles TX and TY are obtained simultaneously.
次に、演算部8は、半導体レーザ1−1,1−2の最小発振波長λaと最大発振波長λbとMHPの周期TX,TYに基づいて、物体10との距離および物体10の速度を算出する。図6は演算部8の構成を示すブロック図、図7はこの演算部8の動作を示すフローチャートである。
Next, the
演算部8は、信号抽出部7−1,7−2の計測結果等を記憶する記憶部80と、補正対象のMHPの周期の直前に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値と補正対象のMHPの周期の直後に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値とを信号抽出部7−1,7−2の計測結果について算出する移動平均値算出部81−1,81−2と、移動平均値算出部81−1,81−2が算出した移動平均値と信号抽出部7−1,7−2によって計測され記憶部80に記憶された補正対象のMHPの周期とを比較することにより補正対象のMHPの周期を補正する周期補正部82−1,82−2と、周期補正部82−1,82−2によって補正されたMHPの周期から単位時間当たりのMHPの数を算出する個数算出部83−1,83−2と、個数算出部83−1,83−2の算出結果の増減方向の一致不一致に応じて個数算出部83−1,83−2の算出結果に正負の符号を付与する符号付与部84と、符号付与部84によって符号が与えられた最新の符号付き算出結果と過去の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出することにより、物体10の変位に比例したMHPの数(以下、変位比例個数とする)を求める変位比例個数算出部85と、物体10との距離および物体10の速度を算出する物理量算出部86とから構成される。
The
記憶部80は、信号抽出部7−1,7−2の計測結果を記憶する。移動平均値算出部81−1は、信号抽出部7−1によって計測された補正対象のMHPの周期の直前に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値TAXと、信号抽出部7−1によって計測された補正対象のMHPの周期の直後に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値TBXとを信号抽出部7−1の計測結果について算出する(図7ステップS10)。
The
移動平均値算出部81−1の処理と並行して移動平均値算出部81−2は、信号抽出部7−2によって計測された補正対象のMHPの周期の直前に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値TAYと、信号抽出部7−2によって計測された補正対象のMHPの周期の直後に計測され記憶部80に記憶された所定数のMHPの周期の移動平均値TBYとを信号抽出部7−2の計測結果について算出する(図7ステップS10)。
In parallel with the process of the moving average value calculating unit 81-1, the moving average value calculating unit 81-2 is measured immediately before the period of the correction target MHP measured by the signal extracting unit 7-2 and stored in the
移動平均値算出部81−1,81−2は、それぞれ信号抽出部7−1,7−2から新たな計測結果が出力され記憶部80に格納される度に、移動平均値算出済みの現在の補正対象の周期よりも1回新しい計測結果を新たな補正対象の周期として、移動平均値TAX,TBX,TAY,TBYの算出処理を行う。移動平均値算出部81−1,81−2の算出結果は、記憶部80に格納される。
Each time the moving average value calculation units 81-1 and 81-2 output new measurement results from the signal extraction units 7-1 and 7-2 and store them in the
次に、周期補正部82−1は、移動平均値算出部81−1が算出した移動平均値TAX,TBXと信号抽出部7−1によって計測され記憶部80に記憶された補正対象のMHPの周期とを比較することにより、補正対象のMHPの周期を補正する(図7ステップS11)。周期補正部82−1は、この補正を信号抽出部7−1から新たな計測結果が出力され記憶部80に格納される度に行う。図8(A)〜図8(D)は周期補正部82−1の動作を説明するための図である。
Next, the cycle correction unit 82-1 includes the moving average values TAX and TBX calculated by the moving average value calculation unit 81-1 and the MHP to be corrected measured by the signal extraction unit 7-1 and stored in the
周期補正部82−1は、移動平均値算出部81−1が算出した2つの移動平均値TAX,TBXのうち小さい方をT1、大きい方をT2とし、Tx=T1+α・(T2−T1)としたとき(0≦α≦1)、図8(A)に示すように補正対象のMHPの周期Tがk・Tx未満の場合は(kは1未満の正の値)、図8(B)に示すように補正対象のMHPの周期Tと次に計測されたMHPの周期Tnextとを合わせた周期を補正後のMHPの周期T’とし、周期を合わせた波形を1つの波形とする。 The period correction unit 82-1 sets T1 as the smaller one of the two moving average values TAX and TBX calculated by the moving average value calculation unit 81-1, and T2, and Tx = T1 + α · (T2−T1). 8 (0 ≦ α ≦ 1), when the period T of the correction target MHP is less than k · Tx as shown in FIG. 8A (k is a positive value less than 1), FIG. 8B As shown in FIG. 5, the period obtained by combining the MHP period T to be corrected and the MHP period Tnext measured next is defined as the corrected MHP period T ′, and the combined waveform is a single waveform.
また、周期補正部82−1は、補正対象のMHPの周期Tが(m−0.5)・Tx以上で(m+0.5)・Tx未満の場合は(mは2以上の自然数)、補正対象のMHPの周期Tをm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がm個あるものとする。図8(C)の例は、m=2で補正対象のMHPの周期Tが1.5Tx以上2.5Tx未満の場合であり、この場合、図8(D)に示すように補正対象のMHPの周期TがTdiv1,Tdiv2に2等分される。 Further, the period correction unit 82-1 corrects the correction when the period T of the MHP to be corrected is (m−0.5) · Tx or more and less than (m + 0.5) · Tx (m is a natural number of 2 or more). It is assumed that a period obtained by equally dividing the target MHP period T into m equal parts is a period after correction, and there are m waveforms with the period after correction. The example of FIG. 8C is a case where m = 2 and the period T of the correction target MHP is 1.5 Tx or more and less than 2.5 Tx. In this case, as shown in FIG. Is divided into two equal parts, Tdiv1 and Tdiv2.
周期補正部82−1は、記憶部80に記憶されている信号抽出部7−1の計測結果を、補正結果に従って更新する。したがって、図8(A)、図8(B)に示した例の場合には、信号抽出部7−1の2つの計測結果が1つに合成されることになり、図8(C)、図8(D)に示した例の場合には、信号抽出部7−1の1つの計測結果が2つに分割されることになる。また、補正対象のMHPの周期よりも前に計測されたMHPの周期は、周期補正部82−1によって既に補正されていることになる。つまり、移動平均値算出部81−1が算出する移動平均値TAXは、補正済みの計測結果から算出されることになる。
The period correction unit 82-1 updates the measurement result of the signal extraction unit 7-1 stored in the
周期補正部82−1の処理と並行して周期補正部82−2は、移動平均値算出部81−2が算出した移動平均値TAY,TBYと信号抽出部7−2によって計測され記憶部80に記憶された補正対象のMHPの周期とを比較することにより、補正対象のMHPの周期を補正する(図7ステップS11)。周期補正部82−1との違いは、移動平均値TAX,TBXの代わりに移動平均値TAY,TBYを用いる点と、信号抽出部7−2によって計測されたMHPの周期を補正する点である。これにより、周期補正部82−2は、記憶部80に記憶されている信号抽出部7−2の計測結果を、補正結果に従って更新する。
周期補正部82−1,82−2は、以上のような補正処理を信号抽出部7−1,7−2から新たな計測結果が出力され記憶部80に格納される度に行う。
In parallel with the processing of the cycle correction unit 82-1, the cycle correction unit 82-2 is measured by the moving average values TAY and TBY calculated by the moving average value calculation unit 81-2 and the signal extraction unit 7-2, and is stored in the
The period correction units 82-1 and 82-2 perform the correction process as described above every time new measurement results are output from the signal extraction units 7-1 and 7-2 and stored in the
図9はMHPの周期の補正原理を説明するための図であり、フィルタ部6−1,6−2の出力電圧の波形、すなわちMHPの波形を模式的に示す図である。ただし、説明を簡単にするため、ここでの原理は物体10が静止している場合もしくは物体10の振動の中心が変化しない場合を説明しており、補正対象のMHPの周期の比較対象として移動平均値T1,T2の代わりに、基準周期T0を用いている。基準周期T0は、物体10が静止していたときのMHPの周期、算出された距離におけるMHPの周期、もしくは周期補正部82−1,82−2による周期補正の直前に計測された一定数のMHPの周期の移動平均値のいずれかである。物体10が動く場合の周期補正の原理については後述する。
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of correcting the MHP cycle, and is a diagram schematically showing the waveform of the output voltage of the filter units 6-1 and 6-2, that is, the waveform of the MHP. However, for the sake of simplicity of explanation, the principle here describes the case where the
MHPの周期は物体10との距離によって異なるが、物体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の周期に誤差が生じる。
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の周期が基準周期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を2等分することで、信号の欠落を補正することができる。
The period of MHP differs depending on the distance to the
When signal loss occurs, the MHP cycle Tw at the location where the loss occurs is approximately twice the original cycle. That is, when the MHP cycle is approximately twice or more the reference cycle T0, it can be determined that the signal is missing. Therefore, the signal loss can be corrected by dividing the period Tw into two equal parts.
また、ノイズをカウントした箇所でのMHPの周期Tsは、少なくとも1つの周期は本来の周期のおよそ0.5倍以下になる。つまり、MHPの周期が基準周期T0のおよそ0.5倍未満の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Tsと次に計測される周期Tnextとを加算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。 In addition, at least one period of the MHP period Ts at the point where noise is counted is approximately 0.5 times or less of the original period. That is, when the MHP cycle is less than about 0.5 times the reference cycle T0, it can be determined that the signals are excessively counted. Therefore, by adding the period Ts and the next measured period Tnext, it is possible to correct erroneously counted noise.
以上が、MHPの周期補正の基本原理である。信号に欠落が生じたと見なす周期Twを決めるためのしきい値を基準周期T0の2倍の値とせずに、1.5倍(本実施の形態で実際に用いるのは(m−0.5)倍であり、m=2の場合に1.5倍となる)とする理由は、特開2009−47676号公報に開示されている。特開2009−47676号公報に記載された原理はMHPの計測結果を補正する原理であるが、MHPの周期Tと計数結果Nとは、三角波の半周期あたりのサンプリングクロック数をMとすると、T=M/Nの関係にあり、Mは一定値であるから、信号に欠落が生じたと見なす周期Twを決めるためのしきい値は、計数結果Nを補正する場合と同様に、基準周期T0の1.5倍とすればよいことが分かる。 The above is the basic principle of MHP cycle correction. Instead of setting the threshold value for determining the period Tw that the signal is considered to be missing to a value that is twice the reference period T0, the threshold value is 1.5 times (the actual use in this embodiment is (m−0.5 )), And 1.5 (when m = 2, the reason) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-47676. The principle described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-47676 is a principle for correcting the measurement result of MHP. The period T of MHP and the count result N are expressed as follows: M is the number of sampling clocks per half cycle of the triangular wave. Since T = M / N and M is a constant value, the threshold value for determining the cycle Tw in which the signal is considered to be missing is the reference cycle T0 as in the case of correcting the count result N. It can be seen that it may be 1.5 times the value.
次に、物体10が動く場合の周期の補正原理について説明する。MHPの時間当たりの数は、物体10との距離に比例した個数と物体10の速度に比例する個数との和で表すことができる。物体10がある状態でMHPの周期がTの場合、個々のMHPの周期の確率分布はノイズなどによってばらつきが生じ、Tを中心とした概ね正規分布になる。よって、物体10が静止している場合、個々のMHPの周期の確率分布も基準周期T0を中心とした正規分布になり、静止している期間のMHPの周期の度数分布は、図10に示したように基準周期T0を中心とした正規分布になる。
Next, the principle of correcting the period when the
ここで、図11に示すように物体10が等速運動している場合を考える。自己結合型のレーザセンサでは、物体10の速度に比例するMHPの数と比較すると、物体10との距離に比例するMHPの数の変化は非常に小さい。このため、個々のMHPの周期の確率分布は、図11のA点でもB点でも、物体10との平均距離に相当するT0から速度の大きさの分だけ周期が変化した値Tを中心とした正規分布になるため、A点からB点の期間のMHPの周期の度数分布も、Tを中心とした正規分布になる(図12)。
Here, consider a case where the
次に、図13(A)、図13(B)に示すように物体10の速度が変化している場合を考える。ここでは、簡略化するために、折れ線運動を考える。すなわち、物体10との距離Lを期間Aにおける距離LAと期間Bにおける距離LBに簡略化し、同様に物体10の速度Vを期間Aにおける速度VAと期間Bにおける速度VBに簡略化する。このように物体10の運動を簡略化すると、MHPの周期の度数分布は図14のようになる。図14においてTAは期間Aにおける物体10の平均速度と平均距離に対応するMHPの周期、TBは期間Bにおける物体10の平均速度と平均距離に対応するMHPの周期である。ただし、距離比例分LAとLBは同一とみなしても良い。
Next, consider a case where the speed of the
物体10の速度変化がなだらかに変化しているとしたら、図13(A)、図13(B)の時刻tでの物体10の速度は速度VAとVBとの間にあるので、MHPの周期も周期TAとTBとの間にある。このときのMHPの周期をTZとすると、信号に欠落が生じて2つのMHPが1つになった場合のMHPの周期の確率分布は、2TZを中心とした正規分布になると考えられる。また、周期TZのMHPがノイズで2分割された場合のMHPの2つの確率分布は、0.5TZを軸にした対称の形になる。したがって、TAからTBの間の値と考えられるTZの周期補正を考える場合、基準周期T0の代わりに、TAとTBの移動平均値を基準として周期補正を行うことが妥当である。以上が、物体10が動く場合のMHPの周期補正の原理である。
If the speed change of the
次に、個数算出部83−1,83−2は、それぞれ周期補正部82−1,82−2によって補正されたMHPの周期から単位時間当たりのMHPの数を算出する(図7ステップS12)。周期補正部82−1によって補正されたMHPの周期をTX’とすると、個数算出部83−1が算出する単位時間当たりのMHPの数Xは次式のようになる。
X=1/TX’ ・・・(2)
Next, the number calculation units 83-1 and 83-2 calculate the number of MHPs per unit time from the MHP periods corrected by the period correction units 82-1 and 82-2, respectively (step S12 in FIG. 7). . If the MHP cycle corrected by the cycle correction unit 82-1 is TX ′, the number X of MHPs per unit time calculated by the number calculation unit 83-1 is as follows.
X = 1 / TX '(2)
同様に、周期補正部82−2によって補正されたMHPの周期をTY’とすると、個数算出部83−2が算出する単位時間当たりのMHPの数Yは次式のようになる。
Y=1/TY’ ・・・(3)
個数算出部83−1,83−2は、以上のような算出処理を周期補正部82−1,82−2によってMHPの周期が補正される度に行う。個数算出部83−1,83−2の算出結果は、記憶部80に格納される。なお、図8(C)、図8(D)のような例の場合、MHPの周期をm等分する補正が行われるが、この場合はm等分された周期のうちの1個の周期について式(2)または式(3)から単位時間当たりのMHPの数を算出すればよい。
Similarly, if the MHP cycle corrected by the cycle correction unit 82-2 is TY ′, the number Y of MHPs per unit time calculated by the number calculation unit 83-2 is expressed by the following equation.
Y = 1 / TY '(3)
The number calculation units 83-1 and 83-2 perform the calculation process as described above every time the MHP cycle is corrected by the cycle correction units 82-1 and 82-2. The calculation results of the number calculation units 83-1 and 83-2 are stored in the
次に、符号付与部84は、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yの増減方向の一致不一致を判定し(図7ステップS13)、この判定の結果に応じて個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yに正負の符号を付与する(図7ステップS14,S15)。
Next, the
図15は符号付与部84の動作を説明するための図であり、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yの時間変化を示す図である。半導体レーザ1−1,1−2と物体10との距離の変化率が半導体レーザ1−1,1−2の発振波長変化率よりも小さい場合、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化と個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化は、互いの位相差が180度の正弦波形となる。特許文献1では、このときの物体10の状態を微小変位状態としている。
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the
一方、半導体レーザ1−1,1−2と物体10との距離の変化率が半導体レーザ1−1,1−2の発振波長変化率よりも大きい場合、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化は、図15の150で示す負側の波形が正側に折り返された形になり、同様に個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化は、図15の151で示す負側の波形が正側に折り返された形になる。特許文献1では、この算出結果X,Yの折り返しが生じている部分における物体10の状態を変位状態としている。算出結果X,Yの折り返しが生じていない部分における物体10の状態は、上記の微小変位状態である。
On the other hand, when the rate of change of the distance between the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 and the
運動している物体10の物理量を求めるためには、物体10が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定し、物体10が変位状態の場合には、正側に折り返されている計数結果X,Yが図15の150,151で示した軌跡を描くように補正する必要がある。
そこで、符号付与部84は、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化に対して個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化が逆方向の場合(図7ステップS13においてNO)、算出結果X,Yに折り返しが生じていないことになるので、物体10が微小変位状態であると判定し、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yにそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図7ステップS14)。
In order to obtain the physical quantity of the moving
Therefore, the
また、符号付与部84は、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化に対して個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化が同方向の場合(図7ステップS13においてYES)、算出結果X,Yのどちらか一方に折り返しが生じていることになるので、物体10が変位状態であると判定し、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図7ステップS15)。
Moreover, the code |
個数算出部83−1の算出結果Xの増減は、最新の算出結果X(t)と1回前の算出結果X(t−1)との差X(t)−X(t−1)の符号で判別することができ、個数算出部83−2の算出結果Yの増減は、最新の算出結果Y(t)と1回前の算出結果Y(t−1)との差Y(t)−Y(t−1)の符号で判別することができる。このような増減の判別の結果、算出結果X,Yが共に増加している場合あるいは共に減少している場合は、算出結果Xの時間変化と算出結果Yの時間変化が同方向であり、物体10が変位状態であると判定することができる。また、算出結果X,Yのどちらか一方が増加していて他方が減少している場合は、算出結果Xの時間変化と算出結果Yの時間変化が同方向でなく、物体10が微小変位状態であると判定することができる。
The increase / decrease in the calculation result X of the number calculation unit 83-1 is the difference X (t) −X (t−1) between the latest calculation result X (t) and the previous calculation result X (t−1). The increase / decrease in the calculation result Y of the number calculation unit 83-2 is the difference Y (t) between the latest calculation result Y (t) and the previous calculation result Y (t-1). It can be determined by the sign of -Y (t-1). When the calculation results X and Y are both increasing or decreasing as a result of such increase / decrease discrimination, the time change of the calculation result X and the time change of the calculation result Y are in the same direction, and the object It can be determined that 10 is a displacement state. Further, when either one of the calculation results X and Y increases and the other decreases, the time change of the calculation result X and the time change of the calculation result Y are not in the same direction, and the
符号付き算出結果X’,Y’は、記憶部80に格納される。符号付与部84は、以上のような符号付与処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
Signed calculation results X ′ and Y ′ are stored in the
次に、変位比例個数算出部85は、次式のように符号付与部84によって符号が与えられた最新の符号付き算出結果X’(t)とj(jは正の整数)回前から1回前までに算出された過去の符号付き算出結果X’,Y’の平均値との差の絶対値を算出することにより、変位比例個数NVを求める(図7ステップS16)。
NV=|X’(t)−{X’(t−j)+Y’(t−j)+・・・+X’(t−1)
+Y’(t−1)}/2j| ・・・(4)
Next, the displacement proportional
NV = | X ′ (t) − {X ′ (t−j) + Y ′ (t−j) +... + X ′ (t−1)
+ Y ′ (t−1)} / 2j | (4)
また、変位比例個数算出部85は、次式のように符号付与部84によって符号が与えられた最新の符号付き算出結果Y’(t)と過去の符号付き算出結果X’,Y’の平均値との差の絶対値を算出することにより、変位比例個数NVを求めてもよい。
NV=|Y’(t)−{X’(t−j)+Y’(t−j)+・・・+X’(t−1)
+Y’(t−1)}/2j| ・・・(5)
In addition, the displacement proportional
NV = | Y ′ (t) − {X ′ (t−j) + Y ′ (t−j) +... + X ′ (t−1)
+ Y ′ (t−1)} / 2j | (5)
また、変位比例個数算出部85は、式(4)の算出結果と式(5)の算出結果の平均値を変位比例個数NVとしてもよい。変位比例個数NVは、記憶部80に格納される。変位比例個数算出部85は、以上のような変位比例個数NVの算出処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
Further, the displacement proportional
次に、物理量算出部86は、半導体レーザ1−1,1−2の最小発振波長λaと最大発振波長λbと平均発振波長λと符号付与部84が出力した符号付き算出結果X’,Y’と変位比例個数算出部85が算出した変位比例個数NVに基づいて、半導体レーザ1−1,1−2と物体10との距離Lおよび物体10の速度Vを算出する(図7ステップS17)。物理量算出部86は、次式のように物体10との距離Lを算出する。
L=λa×λb×(X’+Y’)/(4×(λa−λb)) ・・・(6)
また、物理量算出部86は、次式のように物体10の速度Vを算出する。
V=NV×λ/2 ・・・(7)
Next, the physical
L = λa × λb × (X ′ + Y ′) / (4 × (λa−λb)) (6)
Further, the physical
V = NV × λ / 2 (7)
なお、物理量算出部86は、個数算出部83−1,83−2が算出したMHPの数X,Yの大小を比較し、半導体レーザ1−1の発振波長が増加し半導体レーザ1−2の発振波長が減少する期間においてYよりもXが大きい場合は物体10が物理量センサに近づきつつあると判定し、XよりもYが大きい場合は物体10が物理量センサから遠ざかりつつあると判定することができる。また、物理量算出部86は、半導体レーザ1−1の発振波長が減少し半導体レーザ1−2の発振波長が増加する期間においてXよりもYが大きい場合は物体10が物理量センサに近づきつつあると判定し、YよりもXが大きい場合は物体10が物理量センサから遠ざかりつつあると判定することができる。
The physical
物理量算出部86は、以上のような算出処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
表示部9は、物理量算出部86が算出した物体10との距離Lおよび物体10の速度Vを表示する。
The physical
The
特許文献1に開示された物理量センサでは、距離と速度の分解能は半導体レーザの半波長λ/2程度である。これに対して、本実施の形態では、半波長λ/2未満の分解能を実現することができ、従来よりも高分解能の計測を実現することができる。以上のように、本実施の形態では、物体との距離や物体の速度等の物理量を従来よりも高い分解能で計測することができる。
In the physical quantity sensor disclosed in
また、特許文献1に開示された物理量センサでは、半導体レーザの発振波長変調の搬送波(三角波)の半周期分の計測時間がかかるのに対して、本実施の形態では、1つ1つのMHPの周期を単位時間当たりのMHPの数に変換して、このMHPの数から物体との距離や物体の速度等の物理量を求めることができるので、計測に要する時間を大幅に短縮することができ、速度の変化が速い物体にも対応することができる。さらに、本実施の形態では、MHPの周期の誤差を補正することができるので、距離や速度の計測精度を向上させることができる。
In addition, in the physical quantity sensor disclosed in
[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。図16は本発明の第2の実施の形態に係る物理量センサの演算部8の構成を示すブロック図、図17はこの演算部8の動作を示すフローチャートである。本実施の形態においても、物理量センサ全体の構成は第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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the
図16に示すように、本実施の形態の演算部8は、記憶部80と、移動平均値算出部81−1,81−2と、周期補正部82−1,82−2と、個数算出部83−1,83−2と、半導体レーザ1−1,1−2の最小発振波長λaと最大発振波長λbと個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yに基づいて物体10との距離の候補値と物体10の速度の候補値を算出する物理量候補値算出部87と、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yの増減方向の一致不一致に基づいて物体10の状態を判定する状態判定部88と、状態判定部88の判定結果に基づいて候補値の選定を行い、物体10との距離および物体10の速度を確定する物理量確定部89とから構成される。
As illustrated in FIG. 16, the
記憶部80、移動平均値算出部81−1,81−2、周期補正部82−1,82−2、個数算出部83−1,83−2の動作(図17ステップS10〜S12)は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
The operations of the
物理量候補値算出部87は、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yから、半導体レーザ1−1,1−2と物体10との距離の第1の候補値L1と第2の候補値L2を次式のように算出して、記憶部80に格納する(図17ステップS18)。
L1=λa×λb×(X+Y)/(4×(λa−λb)) ・・・(8)
L2=λa×λb×(X−Y)/(4×(λa−λb)) ・・・(9)
The physical quantity candidate
L1 = λa × λb × (X + Y) / (4 × (λa−λb)) (8)
L2 = λa × λb × (XY) / (4 × (λa−λb)) (9)
また、物理量候補値算出部87は、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yから物体10との速度の第1の候補値V1と第2の候補値V2とを次式のように算出して、記憶部80に格納する(図17ステップS18)。
V1=(X−Y)×(λa+λb)/8 ・・・(10)
V2=(X+Y)×(λa+λb)/8 ・・・(11)
Further, the physical quantity candidate
V1 = (X−Y) × (λa + λb) / 8 (10)
V2 = (X + Y) × (λa + λb) / 8 (11)
式(8)〜式(11)において、第1の候補値L1,V1は物体10が微小変位状態にあると仮定して計算した値であり、第2の候補値L2,V2は物体10が変位状態にあると仮定して計算した値である。
物理量候補値算出部87は、以上のような算出処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
In the equations (8) to (11), the first candidate values L1 and V1 are values calculated on the assumption that the
The physical quantity candidate
次に、状態判定部88は、個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yの増減方向の一致不一致に基づいて物体10の状態を判定する(図17ステップS19)。この判定処理は、第1の実施の形態の符号付与部84で行う判定処理と同じである。すなわち、状態判定部88は、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化に対して個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化が逆方向の場合、物体10が微小変位状態であると判定し、個数算出部83−1の算出結果Xの時間変化に対して個数算出部83−2の算出結果Yの時間変化が同方向の場合、物体10が変位状態であると判定する。
状態判定部88は、以上のような判定処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
Next, the
The
物理量確定部89は、状態判定部88の判定結果に基づいて物体10との距離および物体10の速度を確定する(図17ステップS20,S21)。物理量確定部89は、物体10が微小変位状態と判定された場合、記憶部80に記憶されている距離の候補値L1を物体10との距離として確定し、速度の候補値V1を物体10の速度として確定する(図17ステップS20)。また、物理量確定部89は、物体10が変位状態と判定された場合、記憶部80に記憶されている距離の候補値L2を物体10との距離として確定し、速度の候補値V2を物体10の速度として確定する(図17ステップS21)。
The physical
なお、物理量確定部89は、個数算出部83−1,83−2が算出したMHPの数X,Yの大小を比較し、半導体レーザ1−1の発振波長が増加し半導体レーザ1−2の発振波長が減少する期間においてYよりもXが大きい場合は物体10が物理量センサに近づきつつあると判定し、XよりもYが大きい場合は物体10が物理量センサから遠ざかりつつあると判定することができる。また、物理量確定部89は、半導体レーザ1−1の発振波長が減少し半導体レーザ1−2の発振波長が増加する期間においてXよりもYが大きい場合は物体10が物理量センサに近づきつつあると判定し、YよりもXが大きい場合は物体10が物理量センサから遠ざかりつつあると判定することができる。
物理量確定部89は、以上のような確定処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
Note that the physical
The physical
表示部9は、物理量確定部89が確定した物体10との距離および物体10の速度を表示する。物理量センサの他の構成は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
以上のようにして、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
The
As described above, in the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図18は本発明の第3の実施の形態に係る物理量センサの演算部8の構成を示すブロック図、図19はこの演算部8の動作を示すフローチャートである。本実施の形態においても、物理量センサ全体の構成は第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。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the
本実施の形態の演算部8は、記憶部80と、移動平均値算出部81−1,81−2と、周期補正部82−1,82−2と、個数算出部83−1,83−2と、個数算出部83−1,83−2の算出結果のうち大きい方の算出結果とこの算出結果よりも過去の算出結果を用いて算出された距離比例個数の2倍数との大小関係に応じて、個数算出部83−1,83−2の算出結果に正負の符号を付与する符号付与部84aと、変位比例個数算出部85と、物理量算出部86と、半導体レーザ1−1,1−2と物体10との平均距離に比例したMHPの数である距離比例個数を求める距離比例個数算出部90とから構成される。
The
移動平均値算出部81−1,81−2と周期補正部82−1,82−2と個数算出部83−1,83−2の動作は、第1の実施の形態と同じである(図19ステップS10,S11,S12)。
符号付与部84aは、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果とこの算出結果よりも過去の算出結果を用いて算出された距離比例個数NLの2倍数2NLとの大小関係を判定し(図19ステップS22)、この大小関係に応じて個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yに正負の符号を付与する(図19ステップS23,S24)。
The operations of the moving average value calculation units 81-1 and 81-2, the period correction units 82-1 and 82-2, and the number calculation units 83-1 and 83-2 are the same as those in the first embodiment (FIG. 19 steps S10, S11, S12).
The
個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果をZとすると、算出結果X,Yの折り返しが生じている変位状態では、Z≧2NLが成立する。符号付与部84aは、Z≧2NLが成立する場合(図19ステップS22においてYES)、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図19ステップS24)。
If the larger one of the latest calculation results X and Y of the number calculation units 83-1 and 83-2 is Z, Z ≧ 2NL is established in the displacement state where the calculation results X and Y are folded back. To do. When Z ≧ 2NL is established (YES in step S22 in FIG. 19), the
一方、算出結果X,Yの折り返しが生じていない微小変位状態では、Z<2NLが成立する。符号付与部84aは、Z<2NLが成立する場合(図19ステップS22においてNO)、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yにそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図19ステップS23)。
On the other hand, Z <2NL is established in a minute displacement state in which the calculation results X and Y are not folded. When Z <2NL is established (NO in step S22 in FIG. 19), the
符号付き算出結果X’,Y’は、記憶部80に格納される。符号付与部84aは、以上のような符号付与処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
なお、ステップS22において判定YESとなる条件をZ>2NLにして、ステップS22において判定NOとなる条件をZ≦2NLにしてもよい。
Signed calculation results X ′ and Y ′ are stored in the
Note that the condition for determination YES in step S22 may be Z> 2NL, and the condition for determination NO in step S22 may be Z ≦ 2NL.
次に、距離比例個数算出部90は、符号付与部84aによって符号が与えられた符号付き算出結果から距離比例個数NLを求める(図19ステップS25)。距離比例個数NLは、算出結果X’,Y’の平均値に相当する。距離比例個数算出部90は、次式に示すように符号付き算出結果X’,Y’を用いて、距離比例個数NLを算出する。
NL=(X’+Y’)/2 ・・・(12)
Next, the distance proportional
NL = (X ′ + Y ′) / 2 (12)
なお、物理量の計測開始初期時においては、符号付与部84aが大小関係を判定するのに必要な距離比例個数NLが得られていない。このため、符号付与部84aは、算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果とこの算出結果よりも過去の算出結果を用いて算出された距離比例個数NLの2倍数2NLとの大小関係を判定することはできず、符号付き算出結果を出力することはできない。したがって、計測開始初期時においては、距離比例個数算出部90は、式(12)の代わりに個数算出部83−1,83−2の算出結果X,Yを用いる次式により距離比例個数NLを算出する。
NL=(X+Y)/2 ・・・(13)
It should be noted that at the initial measurement start of the physical quantity, the distance proportional number NL necessary for the
NL = (X + Y) / 2 (13)
つまり、距離比例個数算出部90は、計測開始初期時に式(13)を用いて距離比例個数NLを算出し、符号付与部84aによって距離比例個数NLの算出に必要な符号付き算出結果が算出されるようになった後は式(12)を用いて距離比例個数NLを算出することになる。
That is, the distance proportional
距離比例個数算出部90が算出した距離比例個数NLは、記憶部80に格納される。距離比例個数算出部90は、以上のような距離比例個数NLの算出処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。なお、本実施の形態では、1回分の算出結果を用いて距離比例個数NLを算出しているが、2m(mは正の整数)回の算出結果を用いて距離比例個数NLを算出するようにしてもよい。
The distance proportional number NL calculated by the distance proportional
変位比例個数算出部85と物理量算出部86の動作は、第1の実施の形態と同じである(図19ステップS16,S17)。
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。
The operations of the displacement proportional
Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図15で説明したような算出結果の折り返しが生じると、算出結果X,Yの平均値に変化が生じる。そこで、符号付与部84は、算出結果X,Yの平均値の変化に応じて個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。本実施の形態においても、物理量センサの構成は第1の実施の形態と同様であるので、図1、図6の符号を用いて説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. When the calculation result returns as described with reference to FIG. 15, the average value of the calculation results X and Y changes. Therefore, the
図20は本実施の形態の演算部8の動作を示すフローチャートである。移動平均値算出部81−1,81−2と周期補正部82−1,82−2と個数算出部83−1,83−2の動作は、第1の実施の形態と同じである(図20ステップS10,S11,S12)。
FIG. 20 is a flowchart showing the operation of the
本実施の形態の符号付与部84は、現時刻t以前に求めた算出結果Xの最新の平均値がこの値よりも前に求めた算出結果Xの平均値に対して所定のしきい値以内であり、かつ現時刻t以前に求めた算出結果Yの最新の平均値がこの値よりも前に求めた算出結果Xの平均値に対して所定のしきい値以内である場合、算出結果X,Yのそれぞれの平均値に変化無しと判断して(図20ステップS26においてNO)、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yにそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図20ステップS27)。
The
また、符号付与部84は、現時刻t以前に求めた算出結果Xの最新の平均値がこの値よりも前に求めた算出結果Xの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したり、現時刻t以前に求めた算出結果Yの最新の平均値がこの値よりも前に求めた算出結果Xの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したりした場合(図20ステップS26においてYES)、個数算出部83−1,83−2の最新の算出結果X,Yのうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果X’,Y’を出力する(図20ステップS28)。
In addition, the
符号付き算出結果X’,Y’は、記憶部80に格納される。符号付与部84は、以上のような符号付与処理を、個数算出部83−1,83−2によってMHPの数X,Yが算出される度に行う。
変位比例個数算出部85と物理量算出部86の動作は、第1の実施の形態と同じである(図20ステップS16,S17)。
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。
Signed calculation results X ′ and Y ′ are stored in the
The operations of the displacement proportional
Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。第1〜第4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2−1,2−2と電流−電圧変換増幅部5−1,5−2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21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の実施の形態のフォトダイオード2−1,2−2と電流−電圧変換増幅部5−1,5−2の代わりに、第1、第2の検出手段として電圧検出部11−1,11−2を用いるものである。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the first to fourth embodiments, the photodiodes 2-1 and 2-2 and the current-voltage conversion amplification units 5-1 and 5-2 are used as detection means for detecting an electric signal including an MHP waveform. However, it is also possible to extract the MHP waveform without using a photodiode. FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a physical quantity sensor according to the fifth embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same configurations as those in FIG. The physical quantity sensor according to the present embodiment uses the first and second detections instead of the photodiodes 2-1 and 2-2 and the current-voltage conversion amplification units 5-1 and 5-2 according to the first embodiment. The voltage detectors 11-1 and 11-2 are used as means.
電圧検出部11−1,11−2は、それぞれ半導体レーザ1−1,1−2の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ1−1,1−2から放射されたレーザ光と物体10からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ1−1,1−2の端子間電圧には、MHP波形が現れる。したがって、半導体レーザ1−1,1−2の端子間電圧からMHP波形を抽出することが可能である。
The voltage detectors 11-1 and 11-2 detect and amplify the voltage between the terminals of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2, that is, the anode-cathode voltage, respectively. When interference occurs between the laser light emitted from the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 and the return light from the
フィルタ部6−1,6−2は、それぞれ電圧検出部11−1,11−2の出力電圧から搬送波を除去する。物理量センサのその他の構成は、第1〜第4の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態では、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ができ、第1〜第4の実施の形態と比較して物理量センサの部品を削減することができ、物理量センサのコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。 Filter units 6-1 and 6-2 remove carrier waves from the output voltages of voltage detection units 11-1 and 11-2, respectively. Other configurations of the physical quantity sensor are the same as those in the first to fourth embodiments. Thus, in this embodiment, an MHP waveform can be extracted without using a photodiode, and the physical quantity sensor components can be reduced as compared with the first to fourth embodiments. The cost can be reduced. In this embodiment, since no photodiode is used, the influence of disturbance light can be eliminated.
なお、第1〜第5の実施の形態において少なくとも信号抽出部7−1,7−2と演算部8とは、例えばCPU、メモリ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。CPUは、メモリに格納されたプログラムに従って第1〜第5の実施の形態で説明した処理を実行する。
In the first to fifth embodiments, at least the signal extraction units 7-1 and 7-2 and the
また、第1〜第5の実施の形態では、半導体レーザ1−1と1−2の最小発振波長λaが同一で、かつ半導体レーザ1−1と1−2の最大発振波長λbが同一の場合について説明したが、これに限るものではなく、図22に示すように、半導体レーザ1−1と1−2の間で最小発振波長λa及び最大発振波長λbが異なっていてもよい。図22において、λa1,λb1は半導体レーザ1−1の最小発振波長、最大発振波長、λa2,λb2は半導体レーザ1−2の最小発振波長、最大発振波長である。この場合、λa1×λb1/{4×(λb1−λa1)}とλa2×λb2/{4×(λb2−λa2)}とが常に同一の固定値であればよい。この場合、式(6)、式(8)〜式(11)におけるλa,λbとしては、λa1,λb1を使ってもよいし、λa2,λb2を使ってもよい。 In the first to fifth embodiments, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 have the same minimum oscillation wavelength λa, and the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 have the same maximum oscillation wavelength λb. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 22, the minimum oscillation wavelength λa and the maximum oscillation wavelength λb may be different between the semiconductor lasers 1-1 and 1-2. In FIG. 22, λa1 and λb1 are the minimum and maximum oscillation wavelengths of the semiconductor laser 1-1, and λa2 and λb2 are the minimum and maximum oscillation wavelengths of the semiconductor laser 1-2. In this case, it is sufficient that λa1 × λb1 / {4 × (λb1−λa1)} and λa2 × λb2 / {4 × (λb2−λa2)} always have the same fixed value. In this case, λa1 and λb1 may be used as λa and λb in the equations (6) and (8) to (11), or λa2 and λb2 may be used.
また、第1〜第5の実施の形態では、半導体レーザ1−1,1−2を三角波状に発振させていたが、これに限るものではなく、図23に示すように半導体レーザ1−1,1−2を鋸波状に発振させてもよい。すなわち、本発明では、少なくとも第1の発振期間P1が繰り返し存在するように半導体レーザ1−1を動作させ、半導体レーザ1−1と発振波長の増減が逆になるように半導体レーザ1−2を動作させればよい。図22の場合と同様にλa1≠λa2、λb1≠λb2でもよいし、図25の場合と同様にλa1=λa2、λb1=λb2でもよい。 In the first to fifth embodiments, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are oscillated in a triangular wave shape. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. , 1-2 may be oscillated in a sawtooth shape. In other words, in the present invention, the semiconductor laser 1-1 is operated so that at least the first oscillation period P1 is repeatedly present, and the semiconductor laser 1-2 is changed so that the increase and decrease of the oscillation wavelength are opposite to those of the semiconductor laser 1-1. It only has to be operated. Similarly to the case of FIG. 22, λa1 ≠ λa2 and λb1 ≠ λb2 may be used, or as in the case of FIG. 25, λa1 = λa2 and λb1 = λb2.
本発明は、半導体レーザから放射したレーザ光と物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉の情報から、物体との距離や物体の速度等の物理量を計測する技術に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a technique for measuring physical quantities such as the distance to an object and the speed of the object from information on interference caused by the self-coupling effect between the laser light emitted from the semiconductor laser and the return light from the object. .
1−1,1−2…半導体レーザ、2−1,2−2…フォトダイオード、3−1,3−2…レンズ、4−1,4−2…レーザドライバ、5−1,5−2…電流−電圧変換増幅部、6−1,6−2…フィルタ部、7−1,7−2…信号抽出部、8…演算部、9…表示部、10…物体、11−1,11−2…電圧検出部、80…記憶部、81−1,81−2…移動平均値算出部、82−1,82−2…周期補正部、83−1,83−2…個数算出部、84,84a…符号付与部、85…変位比例個数算出部、86…物理量算出部、87…物理量候補値算出部、88…状態判定部、89…物理量確定部、90…距離比例個数算出部。 1-1, 1-2 ... semiconductor laser, 2-1, 2-2 ... photodiode, 3-1, 3-2 ... lens, 4-1, 4-2 ... laser driver, 5-1, 5-2 ... current-voltage conversion amplification unit, 6-1, 6-2 ... filter unit, 7-1, 7-2 ... signal extraction unit, 8 ... calculation unit, 9 ... display unit, 10 ... object, 11-1, 11 -2, voltage detection unit, 80 ... storage unit, 81-1, 81-2 ... moving average value calculation unit, 82-1, 82-2 ... period correction unit, 83-1, 83-2 ... number calculation unit, 84, 84a ... sign giving unit, 85 ... displacement proportional number calculation unit, 86 ... physical quantity calculation unit, 87 ... physical quantity candidate value calculation unit, 88 ... state determination unit, 89 ... physical quantity determination unit, 90 ... distance proportional number calculation unit.
Claims (10)
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の発振波長変調手段と、
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の発振波長変調手段と、
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第1の検出手段と、
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第2の検出手段と、
前記第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手段と、
この第1、第2の信号抽出手段の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手段と、
この第1、第2の個数算出手段の算出結果に正負の符号を付与する符号付与手段と、
この符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと測定対象との平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1の個数算出手段の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第2の個数算出手段の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、あるいは2つの前記絶対値の平均値を算出することにより、前記測定対象の変位に比例した干渉波形の数である変位比例個数を求める変位比例個数算出手段と、
前記符号付与手段によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果と前記変位比例個数算出手段が算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の物理量を算出する物理量算出手段とを備え、
前記符号付与手段は、前記第1、第2の個数算出手段の最新の算出結果のうち大きい方の算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手段の符号付き算出結果を用いて算出された前記距離比例個数の2倍数との大小関係、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の増減方向の一致不一致、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値の変化に応じて、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果に正負の符号を付与することを特徴とする物理量センサ。 A first semiconductor laser that emits a first laser beam to a measurement object;
A second semiconductor laser that emits a second laser beam in parallel to the first laser beam to the measurement object;
First oscillation wavelength modulation means for operating the first semiconductor laser such that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists repeatedly;
Second oscillation wavelength modulation means for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser;
First detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the first laser light and the return light from the measurement target of the laser light;
Second detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform generated by a self-coupling effect between the second laser light and the return light from the measurement target of the laser light;
First and second signal extraction means for measuring the period of the interference waveform included in the output signals of the first and second detection means each time the interference waveform is input;
First and second number calculating means for calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extracting means;
Sign providing means for assigning positive and negative signs to the calculation results of the first and second number calculating means;
The interference waveform proportional to the average distance between the semiconductor laser and the measurement object by calculating the average value of the signed calculation results of the first and second number calculation means, to which the sign is given by the sign assignment means. A distance proportional number calculating means for obtaining a distance proportional number which is the number of
The latest signed calculation result of the first number calculation means to which the sign is given by the sign assignment means, and the signed calculation results of the first and second number calculation means in the past from the calculation result The absolute value of the difference from the average value of the second or the latest signed calculation result of the second number calculation means, given the sign by the sign giving means, and the past of the calculation result, By calculating the absolute value of the difference from the average value of the signed calculation results of the first and second number calculating means, or by calculating the average value of the two absolute values, it is proportional to the displacement of the measurement object A displacement proportional number calculating means for obtaining a displacement proportional number that is the number of interference waveforms obtained;
The physical quantity of the measurement object is calculated based on the signed calculation results of the first and second number calculating means and the displacement proportional number calculated by the displacement proportional number calculating means given the code by the sign providing means. Physical quantity calculation means,
The sign assigning means includes a larger calculation result of the latest calculation results of the first and second number calculation means, and a sign of the first and second number calculation means that is earlier than the calculation result. The size relationship with the double of the distance proportional number calculated using the attached calculation result, the coincidence mismatch of the increase / decrease direction of the calculation result of the first and second number calculation means, or the first and second numbers A physical quantity sensor, wherein positive and negative signs are added to the calculation results of the first and second number calculation means according to a change in an average value of calculation results of the calculation means.
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の発振波長変調手段と、
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の発振波長変調手段と、
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第1の検出手段と、
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第2の検出手段と、
前記第1、第2の検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手段と、
この第1、第2の信号抽出手段の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手段と、
この第1、第2の個数算出手段の算出結果に基づいて、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前記測定対象の物理量の候補値を算出する物理量候補値算出手段と、
前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態であると判定し、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態であると判定する状態判定手段と、
前記状態判定手段の判定結果に基づいて前記候補値の選定を行い、前記測定対象の物理量を確定する物理量確定手段とを備えることを特徴とする物理量センサ。 A first semiconductor laser that emits a first laser beam to a measurement object;
A second semiconductor laser that emits a second laser beam in parallel to the first laser beam to the measurement object;
First oscillation wavelength modulation means for operating the first semiconductor laser such that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists repeatedly;
Second oscillation wavelength modulation means for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser;
First detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the first laser light and the return light from the measurement target of the laser light;
Second detection means for detecting an electrical signal including an interference waveform generated by a self-coupling effect between the second laser light and the return light from the measurement target of the laser light;
First and second signal extraction means for measuring the period of the interference waveform included in the output signals of the first and second detection means each time the interference waveform is input;
First and second number calculating means for calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extracting means;
Based on the calculation results of the first and second number calculation means, the candidate values of the physical quantities of the measurement object for each of the cases where the measurement object is assumed to be in a minute displacement state and the displacement state are assumed. A physical quantity candidate value calculating means for calculating
When the time change of the calculation result of the second number calculation means is in the opposite direction to the time change of the calculation result of the first number calculation means, it is determined that the measurement object is in a minute displacement state, and the first State determination means for determining that the measurement object is in a displacement state when the time change of the calculation result of the second number calculation means is in the same direction with respect to the time change of the calculation result of one number calculation means ;
A physical quantity sensor comprising: a physical quantity determination unit that selects the candidate value based on a determination result of the state determination unit and determines a physical quantity to be measured.
前記符号付与手段は、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数よりも小さい場合、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値に変化が無い場合、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果にそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数以上の場合、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手段の算出結果の平均値が変化した場合、前記第1、第2の個数算出手段の算出結果のうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、
前記物理量算出手段は、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記符号付与手段によって符号が与えられた符号付き算出結果に基づいて前記測定対象との距離を算出し、前記第1、第2の半導体レーザの平均発振波長と前記変位比例個数算出手段が算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の速度を算出することを特徴とする物理量センサ。 The physical quantity sensor according to claim 1,
When the larger one of the calculation results of the first and second number calculation means is smaller than a multiple of the distance proportional number, the sign assigning means determines the calculation result of the first number calculation means. When the time change of the calculation result of the second number calculation means is opposite to the time change, or when the average value of the calculation results of the first and second number calculation means is not changed, the first And a signed calculation result obtained by adding a positive sign to the calculation result of the second number calculation means, and the larger calculation result of the calculation results of the first and second number calculation means is proportional to the distance. When the number of times is more than twice the number, the time change of the calculation result of the second number calculation means is the same direction as the time change of the calculation result of the first number calculation means, or the first and second The average value of the calculation result of the number calculation means of In this case, a positive sign is assigned to the larger calculation result among the calculation results of the first and second number calculation means, and a signed calculation result in which a negative sign is assigned to the smaller calculation result is output. ,
The physical quantity calculating means calculates the distance to the measurement object based on the minimum and maximum oscillation wavelengths of the first and second semiconductor lasers and a signed calculation result given a sign by the sign providing means. A physical quantity sensor that calculates the velocity of the measurement object based on an average oscillation wavelength of the first and second semiconductor lasers and a displacement proportional number calculated by the displacement proportional number calculation means.
前記物理量候補値算出手段は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態と仮定した場合と変位状態と仮定した場合の各々について、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記第1、第2の個数算出手段の算出結果から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を算出し、
前記状態判定手段は、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記第1の個数算出手段の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手段の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態にあると判定し、
前記物理量確定手段は、前記測定対象が微小変位状態と判定された場合、前記測定対象が微小変位状態と仮定して算出された前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定し、前記測定対象が変位状態と判定された場合、前記測定対象が変位状態と仮定して算出された前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定することを特徴とする物理量センサ。 The physical quantity sensor according to claim 2,
The physical quantity candidate value calculating means assumes that the state of the measurement object is either a minute displacement state or a displacement state whose movement is steeper than that of the minute displacement state. For each of the assumptions of the state, the minimum and maximum oscillation wavelengths of the first and second semiconductor lasers and the candidate values for the distance to the measurement object from the calculation results of the first and second number calculation means And a candidate value for the speed of the measurement object,
The state determination means has a minute displacement state when the time change of the calculation result of the second number calculation means is opposite to the time change of the calculation result of the first number calculation means. When the time change of the calculation result of the second number calculation means is in the same direction with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation means, it is determined that the measurement object is in a displacement state. ,
When the measurement target is determined to be in a minute displacement state, the physical quantity determination means determines the distance and speed candidate values calculated on the assumption that the measurement target is in a minute displacement state as a physical quantity of the measurement target; When it is determined that the measurement target is in a displacement state, the distance and speed candidate values calculated on the assumption that the measurement target is in a displacement state are determined as physical quantities of the measurement target.
さらに、前記第1、第2の信号抽出手段の計測結果を記憶する記憶手段と、
前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第1の信号抽出手段の計測結果について算出する第1の移動平均値算出手段と、
前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第2の信号抽出手段の計測結果について算出する第2の移動平均値算出手段と、
前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期と前記第1の移動平均値算出手段によって算出された2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第1の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第1の周期補正手段と、
前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期と前記第2の移動平均値算出手段によって算出された2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第2の信号抽出手段によって計測された補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第2の周期補正手段とを備え、
前記第1、第2の個数算出手段は、前記第1、第2の信号抽出手段の計測結果から単位時間当たりの干渉波形の数を算出する代わりに、前記第1、第2の周期補正手段によって補正された干渉波形の周期からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出することを特徴とする物理量センサ。 The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4,
And storage means for storing the measurement results of the first and second signal extraction means;
The moving average value of a predetermined number of interference waveform periods measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured by the first signal extraction means and stored in the storage means, and the first signal extraction means The moving average value of the cycles of the predetermined number of interference waveforms measured immediately after the cycle of the interference waveform to be corrected measured by the above and stored in the storage means is calculated for the measurement result of the first signal extraction means. 1 moving average value calculating means;
The moving average value of the period of the predetermined number of interference waveforms measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured by the second signal extraction means and stored in the storage means, and the second signal extraction means The moving average value of the period of the predetermined number of interference waveforms measured immediately after the period of the interference waveform to be corrected measured by the above and stored in the storage means is calculated for the measurement result of the second signal extraction means. Two moving average value calculating means;
By comparing the period of the interference waveform to be corrected measured by the first signal extraction means and one value obtained from the two moving average values calculated by the first moving average value calculation means, First period correcting means for correcting the period of the interference waveform to be corrected measured by the first signal extracting means, and updating the period stored in the storage means according to the result of the correction;
By comparing the period of the correction target interference waveform measured by the second signal extraction unit and one value obtained from the two moving average values calculated by the second moving average value calculation unit, A second period correction unit that corrects the period of the interference waveform to be corrected measured by the second signal extraction unit and updates the period stored in the storage unit according to a result of the correction;
The first and second number calculating means instead of calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extracting means, the first and second period correcting means. A physical quantity sensor, wherein the number of interference waveforms per unit time is calculated from the period of the interference waveform corrected by.
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第1の検出手順と、
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を含む電気信号を検出する第2の検出手順と、
前記第1、第2の検出手順で得られた出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手順と、
この第1、第2の信号抽出手順の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手順と、
この第1、第2の個数算出手順の算出結果に正負の符号を付与する符号付与手順と、
この符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値を算出することにより、前記半導体レーザと測定対象との平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1の個数算出手順の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第2の個数算出手順の最新の符号付き算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果の平均値との差の絶対値を算出するか、あるいは2つの前記絶対値の平均値を算出することにより、前記測定対象の変位に比例した干渉波形の数である変位比例個数を求める変位比例個数算出手順と、
前記符号付与手順によって符号が与えられた、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果と前記変位比例個数算出手順で算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の物理量を算出する物理量算出手順とを備え、
前記符号付与手順は、前記第1、第2の個数算出手順の最新の算出結果のうち大きい方の算出結果と、この算出結果よりも過去の、前記第1、第2の個数算出手順の符号付き算出結果を用いて算出された前記距離比例個数の2倍数との大小関係、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の増減方向の一致不一致、あるいは前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の平均値の変化に応じて、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果に正負の符号を付与することを特徴とする物理量計測方法。 A first oscillation procedure for operating the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists;
A second oscillation procedure for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser;
A first detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the first laser light emitted from the first semiconductor laser and the return light from the measurement target of the laser light;
A second detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the second laser light emitted from the second semiconductor laser and the return light of the laser light from the measurement target;
First and second signal extraction procedures for measuring the period of the interference waveform included in the output signal obtained by the first and second detection procedures each time the interference waveform is input;
First and second number calculation procedures for calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extraction procedures;
A sign assignment procedure for assigning positive and negative signs to the calculation results of the first and second number calculation procedures;
An interference waveform proportional to the average distance between the semiconductor laser and the measurement object by calculating the average value of the signed calculation results of the first and second number calculation procedures, which are given the codes by the sign assignment procedure. A distance proportional number calculation procedure for obtaining a distance proportional number that is a number of
The latest signed calculation result of the first number calculation procedure given the code by the sign assignment procedure, and the signed calculation result of the first and second number calculation procedures past the calculation result Calculating the absolute value of the difference from the average value of the first or the latest signed calculation result of the second number calculation procedure, which is given a sign by the sign assignment procedure, and the past of the calculation result, By calculating the absolute value of the difference from the average value of the signed calculation results of the first and second number calculation procedures, or by calculating the average value of the two absolute values, it is proportional to the displacement of the measurement object A displacement proportional number calculation procedure for obtaining a displacement proportional number which is the number of interference waveforms obtained;
The physical quantity of the measurement target is calculated based on the signed calculation results of the first and second number calculation procedures and the displacement proportional number calculated by the displacement proportional number calculation procedure, which are given the codes by the sign assignment procedure. A physical quantity calculation procedure,
The sign assigning procedure includes a larger calculation result of the latest calculation results of the first and second number calculation procedures, and a sign of the first and second number calculation procedures in the past than the calculation result. The size relationship with the double of the distance proportional number calculated using the attached calculation result, the coincidence mismatch of the increase / decrease direction of the calculation result of the first and second number calculation procedures, or the first and second numbers A physical quantity measuring method comprising: adding a positive or negative sign to the calculation results of the first and second number calculation procedures according to a change in an average value of calculation results of the calculation procedures.
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第1の検出手順と、
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を含む電気信号を検出する第2の検出手順と、
前記第1、第2の検出手順で得られた出力信号に含まれる干渉波形の周期をそれぞれ干渉波形が入力される度に計測する第1、第2の信号抽出手順と、
この第1、第2の信号抽出手順の計測結果からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出する第1、第2の個数算出手順と、
この第1、第2の個数算出手順の算出結果に基づいて、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前記測定対象の物理量の候補値を算出する物理量候補値算出手順と、
前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態であると判定し、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態であると判定する状態判定手順と、
前記状態判定手順の判定結果に基づいて前記候補値の選定を行い、前記測定対象の物理量を確定する物理量確定手順とを備えることを特徴とする物理量計測方法。 A first oscillation procedure for operating the first semiconductor laser so that at least an oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases monotonously exists;
A second oscillation procedure for operating the second semiconductor laser so that the increase / decrease of the oscillation wavelength is opposite to that of the first semiconductor laser;
A first detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the first laser light emitted from the first semiconductor laser and the return light from the measurement target of the laser light;
A second detection procedure for detecting an electrical signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the second laser light emitted from the second semiconductor laser and the return light of the laser light from the measurement target;
First and second signal extraction procedures for measuring the period of the interference waveform included in the output signal obtained by the first and second detection procedures each time the interference waveform is input;
First and second number calculation procedures for calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extraction procedures;
Based on the calculation results of the first and second number calculation procedures, the candidate value of the physical quantity of the measurement object for each of the cases where the measurement object is assumed to be in a minute displacement state and the displacement state is assumed. A physical quantity candidate value calculation procedure for calculating
When the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is in the opposite direction to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure, the measurement object is determined to be in a minute displacement state, and the first A state determination procedure for determining that the measurement object is in a displacement state when the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is in the same direction with respect to the time change of the calculation result of the number calculation procedure of one ;
A physical quantity measurement method comprising: a physical quantity determination procedure for selecting the candidate value based on a determination result of the state determination procedure and determining the physical quantity of the measurement target.
前記符号付与手順は、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数よりも小さい場合、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が逆方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の平均値に変化が無い場合、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果にそれぞれ正の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果のうち大きい方の算出結果が前記距離比例個数の2倍数以上の場合、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が同方向の場合、あるいは前記第1、第2の個数算出手順の算出結果の平均値が変化した場合、前記第1、第2の個数算出手順の算出結果のうち大きい方の算出結果に正の符号を付与し、小さい方の算出結果に負の符号を付与した符号付き算出結果を出力し、
前記物理量算出手順は、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記符号付与手順によって符号が与えられた符号付き算出結果に基づいて前記測定対象との距離を算出し、前記第1、第2の半導体レーザの平均発振波長と前記変位比例個数算出手順で算出した変位比例個数に基づいて前記測定対象の速度を算出することを特徴とする物理量計測方法。 The physical quantity measuring method according to claim 6,
In the sign assignment procedure, when the larger one of the calculation results of the first and second number calculation procedures is smaller than twice the distance proportional number, the calculation result of the first number calculation procedure When the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is opposite to the time change, or when the average value of the calculation result of the first and second number calculation procedures is not changed, the first The signed calculation result obtained by adding a positive sign to the calculation result of the second number calculation procedure is output, and the larger calculation result of the calculation results of the first and second number calculation procedures is proportional to the distance. When the number of times is two or more times the number, when the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is in the same direction with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure, or the first and second The average value of the calculation result of the number calculation procedure of The signed calculation result is output by adding a positive sign to the larger calculation result of the first and second number calculation procedures and adding a negative sign to the smaller calculation result. ,
The physical quantity calculation procedure calculates the distance to the measurement object based on the minimum oscillation wavelength and the maximum oscillation wavelength of the first and second semiconductor lasers and a signed calculation result given a sign by the sign assignment procedure. A physical quantity measuring method, comprising: calculating a velocity of the measuring object based on an average oscillation wavelength of the first and second semiconductor lasers and a displacement proportional number calculated in the displacement proportional number calculation procedure.
前記物理量候補値算出手順は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態と仮定した場合と変位状態と仮定した場合の各々について、前記第1、第2の半導体レーザの最小発振波長および最大発振波長と前記第1、第2の個数算出手順の算出結果から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を算出し、
前記状態判定手順は、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が逆方向の場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記第1の個数算出手順の算出結果の時間変化に対して前記第2の個数算出手順の算出結果の時間変化が同方向の場合、前記測定対象が変位状態にあると判定し、
前記物理量確定手順は、前記測定対象が微小変位状態と判定した場合、前記測定対象が微小変位状態と仮定して算出した前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定し、前記測定対象が変位状態と判定した場合、前記測定対象が変位状態と仮定して算出した前記距離および速度の候補値を前記測定対象の物理量として確定することを特徴とする物理量計測方法。 The physical quantity measurement method according to claim 7,
In the physical quantity candidate value calculation procedure, it is assumed that the state of the measurement object is either a minute displacement state or a displacement state that moves more rapidly than the minute displacement state, and the measurement object is assumed to be in a minute displacement state. For each of the assumptions of the state, a candidate value for the distance to the measurement object from the minimum and maximum oscillation wavelengths of the first and second semiconductor lasers and the calculation results of the first and second number calculation procedures. And a candidate value for the speed of the measurement object,
In the state determination procedure, when the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is in the reverse direction with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure, the measurement object is in a minute displacement state. If the time change of the calculation result of the second number calculation procedure is in the same direction with respect to the time change of the calculation result of the first number calculation procedure, it is determined that the measurement object is in a displacement state. ,
In the physical quantity determination procedure, when the measurement target is determined to be in a minute displacement state, the distance and speed candidate values calculated on the assumption that the measurement target is in a minute displacement state are determined as physical quantities of the measurement target, and the measurement is performed. A physical quantity measurement method characterized in that, when it is determined that a target is in a displacement state, the distance and speed candidate values calculated on the assumption that the measurement target is in a displacement state are determined as physical quantities of the measurement target.
さらに、前記第1、第2の信号抽出手順の計測結果を記憶手段に記憶させる記憶手順と、
前記第1の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第1の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第1の信号抽出手順の計測結果について算出する第1の移動平均値算出手順と、
前記第2の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期の直前に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と、前記第2の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期の直後に計測され前記記憶手段に記憶された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを前記第2の信号抽出手順の計測結果について算出する第2の移動平均値算出手順と、
前記第1の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期と前記第1の移動平均値算出手順で算出した2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第1の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第1の周期補正手順と、
前記第2の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期と前記第2の移動平均値算出手順で算出した2つの移動平均値から得られる1つの値とを比較することにより、前記第2の信号抽出手順で計測した補正対象の干渉波形の周期を補正し、この補正の結果に従って前記記憶手段に記憶された周期を更新する第2の周期補正手順とを備え、
前記第1、第2の個数算出手順は、前記第1、第2の信号抽出手順の計測結果から単位時間当たりの干渉波形の数を算出する代わりに、前記第1、第2の周期補正手順で補正された干渉波形の周期からそれぞれ単位時間当たりの干渉波形の数を算出することを特徴とする物理量計測方法。 The physical quantity measuring method according to any one of claims 6 to 9,
A storage procedure for storing the measurement results of the first and second signal extraction procedures in a storage unit;
The moving average value of a predetermined number of interference waveform periods measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured in the first signal extraction procedure and stored in the storage means, and the first signal extraction procedure First, the moving average value of the period of the predetermined number of interference waveforms measured immediately after the measured period of the interference waveform to be corrected and stored in the storage unit is calculated for the measurement result of the first signal extraction procedure. Moving average calculation procedure;
The moving average value of a predetermined number of interference waveform periods measured immediately before the period of the interference waveform to be corrected measured in the second signal extraction procedure and stored in the storage means, and the second signal extraction procedure A moving average value of a period of a predetermined number of interference waveforms measured immediately after the measured period of the interference waveform to be corrected and stored in the storage means is calculated for the measurement result of the second signal extraction procedure. Moving average calculation procedure;
By comparing the period of the interference waveform to be corrected measured in the first signal extraction procedure with one value obtained from the two moving average values calculated in the first moving average value calculation procedure, the first A first cycle correction procedure for correcting the cycle of the interference waveform to be corrected measured in the signal extraction procedure of 1 and updating the cycle stored in the storage means according to the result of the correction;
By comparing the period of the interference waveform to be corrected measured in the second signal extraction procedure with one value obtained from the two moving average values calculated in the second moving average calculation procedure, the first A second cycle correction procedure for correcting the cycle of the interference waveform to be corrected measured in the signal extraction procedure of 2, and updating the cycle stored in the storage means according to the result of the correction,
In the first and second number calculation procedures, instead of calculating the number of interference waveforms per unit time from the measurement results of the first and second signal extraction procedures, the first and second cycle correction procedures are performed. A physical quantity measuring method, wherein the number of interference waveforms per unit time is calculated from the period of interference waveforms corrected in step (1).
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