KR20080107301A - Distance/speed meter and distance/speed measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광의 간섭을 이용하여 측정대상과의 거리 및 측정대상의 속도 중 적어도 하나를 계측하는 거리/속도계 및 거리/속도 계측방법에 관한 것이다.The present invention relates to a distance / speedometer and a distance / speed measurement method for measuring at least one of a distance to a measurement target and a speed of the measurement target using interference of light.
레이저에 의한 광의 간섭을 이용한 거리계측은 비접촉측정이기 때문에 측정대상을 어지럽히지 않고 정밀도가 높은 측정방법으로서 오래전부터 이용되고 있다. 최근, 반도체 레이저는 장치의 소형화 때문에 광계측용 광원으로서 이용되고 있다. 그 대표적인 예로서 FM 헤테로다인 간섭계를 이용한 것이 있다. 이것은 비교적 장거리 측정이 가능하고 정밀도도 높지만, 반도체 레이저의 외부에 간섭계를 이용하고 있기 때문에 광학계가 복잡해지는 문제가 있다.Since distance measurement using interference of light by laser is a non-contact measurement, it has been used for a long time as a highly accurate measuring method without disturbing the measurement object. In recent years, semiconductor lasers have been used as light measurement light sources due to miniaturization of devices. A representative example is the use of an FM heterodyne interferometer. This allows relatively long distance measurement and high precision, but there is a problem that the optical system is complicated because an interferometer is used outside the semiconductor laser.
이에 대하여, 레이저의 출력광과 측정대상으로부터의 리턴광의 반도체 레이저 내부에서의 간섭(자기결합효과)을 이용한 계측기가, '반도체 레이저의 자기결합효과를 이용한 거리계'(우에다 다다시, 야마다 쥰, 시토 스스무 저, 1994년도 일본 전기관계학회 도카이지부 연합대회 강연논문집, 1994년), '반도체 레이저의 자기결합효과를 이용한 소형 거리계에 관한 연구'(야마다 쥰, 시토 스스무, 츠다 노리오, 우에다 다다시 저, 일본 아이치공업대학 연구보고, 제31호B, p.35~42, 1996년), 및 '검출장치에서의 레이저 다이오드 자기결합기술(laser diode self-mixing technique for sensing applications)'(구이도 기우리아니, 미첼 노르기아, 실바노 도나티, 티에리 보쉬 저, 광학저널A: 순수실용광학, p.283~294, 2002년) 등에 제안되고 있다.On the other hand, a measuring instrument using the interference (magnetic coupling effect) inside the semiconductor laser of the output light of the laser and the return light from the measurement target is a rangefinder using the magnetic coupling effect of the semiconductor laser (Ueda again, Yamada 쥰, Shito) Susumu, 1994 Japanese Association of Electrical Relations Society Tokai-Ichibu Association Conference, 1994), `` Study on a Compact Rangefinder Using the Magnetic Coupling Effect of Semiconductor Lasers '' (Yamada 쥰, Shito Susumu, Noda Tsuda, Ueda Uda) Japanese Aichi Institute of Technology Research Report, No. 31B, p.35 ~ 42, 1996), and 'laser diode self-mixing technique for sensing applications' No. Mitchell Norgia, Silva Donati, Thierry Bosch, Optical Journal A: Pure Practical Optics, p. 283-294, 2002).
이와 같은 자기결합형 레이저 계측기에 따르면, 포토다이오드 내장의 반도체 레이저가 발광, 간섭, 수광의 각 기능을 겸하고 있기 때문에, 외부간섭 광학계를 대폭 간략화할 수 있다. 따라서, 센서부가 반도체 레이저와 렌즈만으로 이루어져, 종래의 것과 비교하여 소형이 된다. 또한, 삼각측량법보다 거리측정범위가 넓다는 특징을 가진다.According to such a self-coupled laser meter, since the semiconductor laser with a photodiode functions as a light emission, an interference, and a light receiving function, an external interference optical system can be greatly simplified. Therefore, the sensor portion is composed only of the semiconductor laser and the lens, and is compact in comparison with the conventional one. In addition, the distance measurement range is wider than the triangulation method.
FP형(페브리 페로(Fabry-Perot)형) 반도체 레이저의 복합공진기 모델을 도 39에 나타낸다. 측정대상(104)으로부터의 반사광의 일부가 발진영역 안으로 되돌아가기 쉽다. 되돌아온 미세한 광은 반도체 레이저 공진기(101) 안의 레이저광과 결합하여, 동작이 불안정해지고 잡음(복합공진기 노이즈 또는 리턴광 노이즈)을 발생시킨다. 리턴광에 의한 반도체 레이저의 특성 변화는, 출력광에 대한 상대적인 리턴광량이 매우 미약하여도 현저하게 나타난다. 이와 같은 현상은, 페브리 페로형(이하, FP형) 반도체 레이저에 한하지 않고, 수직공동 면발광 레이저형(Vertical Cavity Surface Emitting Laser형, 이하, VCSEL형), 분포 궤환형 레이저(Distributed FeedBack laser형, 이하, DFB 레이저형) 등 다른 종류의 반도체 레이저에서도 마찬가지로 나타난다.39 shows a multiple resonator model of an FP type (Fabry-Perot) type semiconductor laser. A part of the reflected light from the
레이저의 발진파장을 λ, 측정대상(103)에 가까운 쪽의 반도체 결정의 벽개면(102)으로부터 측정대상(104)까지의 거리를 L이라고 하면, 아래의 공진조건을 만족할 때, 리턴광과 공진기(101) 안의 레이저광이 강하게 만나고, 레이저 출력이 약간 증가한다.When the oscillation wavelength of the laser is λ and the distance from the
수학식 1에서 q는 정수이다. 이러한 현상은, 측정대상(104)으로부터 산란광이 매우 미약하여도 반도체 레이저의 공진기(101) 안의 외관 반사율이 증가함으로써 증폭작용이 발생하여 충분히 관측될 수 있다.In
반도체 레이저는 주입전류의 크기에 따라 주파수가 다른 레이저광을 방사하기 때문에, 발진주파수를 변조할 때 외부 변조기가 필요하지 않으며, 주입전류에 의해 직접 변조가 가능하다. 도 40은 반도체 레이저의 발진파장을 어느 일정한 비율로 변화시켰을 때의 발진파장과 포토다이오드(103)의 출력파형의 관계를 나타내는 도면이다. 수학식 1에 나타낸 L=qλ/2를 만족하였을 때, 리턴광과 공진기(101) 안의 레이저광의 위상차가 0°(동위상)가 되어, 리턴광과 공진기(101) 안의 레이저광이 가장 강하게 만나고, L=qλ/2+λ/4일 때, 위상차가 180°(역위상)가 되어, 리턴광과 공진기(101) 안의 레이저광이 가장 약하게 만난다. 이 때문에, 반도체 레이저의 발진파장을 변화시켜 가면, 레이저 출력이 강해지는 곳과 약해지는 곳이 번갈아 반복적으로 나타나고, 이 때의 레이저 출력을 공진기(101)에 설치된 포토다이오드(103)로 검출하면, 도 40에 나타내는 바와 같이, 일정한 주기의 계단형상 파형이 얻어진다. 이와 같은 파형은 일반적으로 간섭줄무늬라고 불린다.Since the semiconductor laser emits laser light whose frequency varies depending on the magnitude of the injection current, an external modulator is not required to modulate the oscillation frequency, and can be directly modulated by the injection current. FIG. 40 is a diagram showing the relationship between the oscillation wavelength and the output waveform of the
이 계단형상 파형 즉, 간섭줄무늬 하나하나를 모드홉펄스(Mode hop pulse, 이하, MHP)라고 한다. MHP는 모드호핑 현상과는 다른 현상이다. 예를 들어, 측정대상(104)까지의 거리가 L1일 때, MHP의 수가 10개였다고 하면, 절반의 거리(L2)에서 MHP의 수는 5개가 된다. 즉, 어느 일정 시간에서 반도체 레이저의 발진파장을 변화시켰을 경우, 측정거리에 비례하여 MHP의 수가 변한다. 따라서, MHP를 포토다이오드(103)로 검출하여 MHP의 주파수를 측정하면, 쉽게 거리계측이 가능해진다.This stepped waveform, that is, each interference stripe, is called a mode hop pulse (hereinafter referred to as MHP). MHP is a different phenomenon from the mode hopping phenomenon. For example, when the distance to the
자기결합형 레이저 계측기에서는, 공진기 외부의 간섭광학계를 대폭 간략화할 수 있기 때문에 장치를 소형화할 수 있으며, 또한 고속 회로가 필요하지 않고, 외란광에 강하다는 이점이 있다. 또한, 측정대상으로부터의 리턴광이 매우 미약하여도 되기 때문에, 측정대상의 반사율에 영향을 받지 않고 즉, 측정대상을 가리지 않는다는 이점이 있다. 하지만, 자기결합형을 포함하여 종래의 간섭형 계측기에서는, 정지한 측정대상과의 거리를 계측할 수는 있어도, 속도를 가지는 측정대상의 거리를 계측할 수는 없다는 문제가 있었다.In the self-coupled laser measuring instrument, since the interference optical system outside the resonator can be greatly simplified, the device can be miniaturized, and a high speed circuit is not required, and there is an advantage in that it is strong against disturbance light. In addition, since the return light from the measurement object may be very weak, there is an advantage that it is not affected by the reflectance of the measurement object, that is, does not cover the measurement object. However, in the conventional interference type measuring instrument including the magnetic coupling type, although the distance to the stationary measurement object can be measured, there is a problem that the distance of the measurement object having the speed cannot be measured.
그래서, 본 발명자는, 일본특허공개 2006-313080호에 나타난 바와 같이, 정지되어 있는 측정대상과의 거리뿐만 아니라 측정대상의 속도도 계측할 수 있는 거리/속도계를 제안하였다. 이 거리/속도계의 구성을 도 41에 나타낸다. 도 41의 거리/속도계는, 측정대상에 레이저광을 방사하는 반도체 레이저(201)와, 반도체 레이저(201)의 광출력을 전기신호로 변환하는 포토다이오드(202)와, 반도체 레이저(201)로부터의 광을 집광하여 측정대상(210)에 조사하는 동시에, 측정대상(210) 으로부터의 리턴광을 집광하여 반도체 레이저(201)에 입사시키는 렌즈(203)와, 반도체 레이저(201)에 발진파장이 연속적으로 증가하는 제1 발진기간과 발진파장이 연속적으로 감소하는 제2 발진기간을 번갈아 반복시키는 레이저 드라이버(204)와, 포토다이오드(202)의 출력전류를 전압으로 변환하여 증폭시키는 전류-전압 변환증폭기(205)와, 전류-전압 변환증폭기(205)의 출력전압을 2회 미분하는 신호추출회로(206)와, 신호추출회로(206)의 출력전압에 포함되는 MHP의 수를 세는 계수(計數)회로(207)와, 측정대상(210)과의 거리 및 측정대상(210)의 속도를 산출하는 연산장치(208)와, 연산장치(208)의 산출결과를 표시하는 표시장치(209)를 가진다.Therefore, the present inventor has proposed a distance / speed meter that can measure not only the distance to a stationary measurement object but also the speed of the measurement object, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080. The structure of this distance / speedometer is shown in FIG. The distance / speed meter of FIG. 41 includes a
레이저 드라이버(204)는 시간에 관하여 일정한 변화율로 반복적으로 증감하는 삼각파 구동전류를 주입전류로서 반도체 레이저(201)에 공급한다. 이에 의해, 반도체 레이저(201)는 발진파장이 일정한 변화율로 연속적으로 증가하는 제1 발진기간과 발진파장이 일정한 변화율로 연속적으로 감소하는 제2 발진기간을 번갈아 반복하도록 구동된다. 도 42는 반도체 레이저(201)의 발진파장의 시간변화를 나타내는 도면이다. 도 42에서 P1은 제1 발진기간, P2는 제2 발진기간, λa는 각 기간에서의 발진파장의 최소값, λb는 각 기간에서의 발진파장의 최대값, T는 삼각파의 주기이다.The
반도체 레이저(201)로부터 출사된 레이저광은 렌즈(203)에 의해 집광되어 측정대상(210)으로 입사한다. 측정대상(210)에서 반사된 광은 렌즈(203)에 의해 집광되어 반도체 레이저(201)로 입사한다. 포토다이오드(202)는 반도체 레이저(201)의 광출력을 전류로 변환한다. 전류-전압 변환증폭기(205)는 포토다이오드(202)의 출 력전류를 전압으로 변환하여 증폭시키고, 신호추출회로(206)는 전류-전압 변환증폭기(205)의 출력전압을 2회 미분한다. 계수회로(207)는 신호추출회로(206)의 출력전압에 포함되는 MHP의 수를 제1 발진기간(P1)과 제2 발진기간(P2) 각각에 대하여 센다. 연산장치(208)는 반도체 레이저(201)의 최소발진파장(λa)과 최대발진파장(λb)과 제1 발진기간(P1)에서의 MHP의 수와 제2 발진기간(P2)에서의 MHP의 수에 근거하여, 측정대상(210)과의 거리 및 측정대상(210)의 속도를 산출한다.The laser light emitted from the
일본특허공개 2006-313080호에 개시된 거리/속도계에 따르면, 측정대상과의 거리와 측정대상의 속도를 동시에 계측할 수 있다. 하지만, 이 거리/속도계에서는, 거리나 속도를 측정하기 위하여 예를 들어, 제1 발진기간(t-1)과 제2 발진기간(t)과 제1 발진기간(t+1)의 적어도 3회에 걸쳐 MHP의 수를 세어야 하기 때문에, 측정에 필요한 시간이 길다는 문제가 있었다.According to the distance / speed meter disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080, the distance to the measurement object and the speed of the measurement object can be simultaneously measured. However, in this distance / speedometer, for example, at least three times of the first oscillation period t-1, the second oscillation period t, and the first oscillation period t + 1, for example, to measure the distance or the speed. Since the number of MHPs must be counted over, there was a problem that the time required for the measurement was long.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 광의 간섭을 이용하여 정지되어 있는 측정대상과의 거리뿐만 아니라, 측정대상의 속도도 계측할 수 있는 거리/속도계 및 거리/속도계측방법에 있어서, 측정시간을 단축시키는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and in the distance / speed meter and the distance / speed measurement method capable of measuring not only the distance to a stationary measurement object but also the speed of the measurement object by using the interference of light, It aims to shorten time.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 거리/속도계는, 측정대상(11)에 제1 레이저광을 방사하는 제1 반도체 레이저(1-1)와, 측정대상에 제1 레이저광과 평행하게 제2 레이저광을 방사하는 제2 반도체 레이저(1-2)와, 적어도 발진파장이 연속적으로 단조(單調) 증가하는 발진기간이 반복적으로 존재하도록 상기 제1 반도체 레이저를 구동하는 제1 레이저 드라이버(4-1)와, 상기 제1 반도체 레이저와 발진파장의 증감이 반대가 되도록 상기 제2 반도체 레이저를 구동하는 제2 레이저 드라이버(4-2)와, 적어도 상기 제1 반도체 레이저의 광출력을 전기신호로 변환하는 제1 수광기(2-1)와, 적어도 상기 제2 반도체 레이저의 광출력을 전기신호로 변환하는 제2 수광기(2-2)와, 상기 제1 수광기의 출력신호에 포함되는, 제1 레이저광과 이 레이저광의 측정대상으로부터의 리턴광에 의해 발생하는 간섭파형의 수와, 상기 제2 수광기의 출력신호에 포함되는, 제2 레이저광과 이 레이저광의 측정대상으로부터의 리턴광에 의해 발생하는 간섭파형의 수를 각각 세는 계수수단(13)과, 상기 제1 및 제2 반도체 레이저의 최소발진파장 및 최대발진파장과 상기 계수수단의 계수결과로부터 측정대상과의 거리 및 측정대상의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 연산수단(8)을 구비한다.In order to achieve this object, the distance / speedometer according to the present invention, The first semiconductor laser 1-1 emitting the first laser light to the
또한, 본 발명에 따른 거리/속도 계측방법은, 측정대상에 제1 레이저광을 방사하는 제1 반도체 레이저를 적어도 발진파장이 연속적으로 단조 증가하는 발진기간이 반복적으로 존재하도록 구동하는 단계와, 측정대상에 제1 레이저광과 평행하게 제2 레이저광을 방사하는 제2 반도체 레이저를 상기 제1 반도체 레이저와 발진파장의 증감이 반대가 되도록 구동하는 단계와, 제1 수광기의 출력신호에 포함되는, 제1 레이저광과 이 레이저광의 측정대상으로부터의 리턴광에 의해 발생하는 간섭파형의 수와, 제2 수광기의 출력신호에 포함되는, 제2 레이저광과 이 레이저광의 측정대상으로부터의 리턴광에 의해 발생하는 간섭파형의 수를 세는 단계와, 상기 제1 및 제2 반도체 레이저의 최소발진파장 및 최대발진파장과 제1 및 제2 레이저광 각각에 관한 간섭파형의 계수결과로부터 측정대상과의 거리 및 측정대상의 속도 중 적어도 하나를 산출하는 단계를 구비한다.In addition, the distance / speed measurement method according to the present invention comprises the steps of driving the first semiconductor laser emitting the first laser light to the measurement object repeatedly so that at least the oscillation wavelength continuously monotonically increases the oscillation period, and the measurement object Driving a second semiconductor laser that radiates a second laser light in parallel with the first laser light so that the increase and decrease of the oscillation wavelength is reversed, and included in the output signal of the first light receiver; The number of interference waveforms generated by the first laser light and the return light from the measurement target of the laser light, the second laser light included in the output signal of the second receiver and the return light from the measurement target of the laser light. Counting the number of interference waveforms generated by the interference waveform, and the interference waveforms of the minimum and maximum oscillation wavelengths of the first and second semiconductor lasers and the first and second laser beams, respectively. The count result from a step of calculating at least one of a distance and a speed of the object to be measured of the measuring object.
간섭형 거리계는, 거리를 측정할 때 측정대상이 정지하고 있는 것이 절대조 건이기 때문에, 속도를 가지는 측정대상과의 거리는 측정할 수 없었다. 이에 대하여, 본 발명은 정지되어 있지 않은 측정대상과의 거리도 측정할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 측정대상의 속도(크기, 방향)와 거리를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 발진파장의 증감이 반대가 되는 제1, 제2 반도체 레이저로부터 서로 평행한 레이저광을 측정대상에 동시에 방사시키고, 제1, 제2 수광기의 출력신호에 포함되는 간섭파장의 수를 제1, 제2 수광기의 출력신호 각각에 대하여 세어, 이에 의해 종래보다 짧은 시간에 거리와 속도를 측정할 수 있다.Since the interference type rangefinder is an absolute condition in which the measurement object is stationary when the distance is measured, the distance from the measurement object having the velocity cannot be measured. In contrast, the present invention can also measure the distance to a measurement target that is not stationary. That is, according to the present invention, the speed (size, direction) and the distance of the measurement target can be measured simultaneously. Further, in the present invention, the first and second semiconductor lasers having opposite oscillation wavelengths are radiated in parallel to each other to simultaneously radiate laser beams to the measurement object, and the interference wavelengths included in the output signals of the first and second light receivers. The number of times is counted for each of the output signals of the first and second receivers, whereby the distance and the speed can be measured in a shorter time than before.
또한, 본 발명에서는, 속도 후보값에 근거하여 측정대상의 상태를 판정할 수 없는 경우에, 이력변위 산출수단의 산출결과를 이용함으로써 측정대상의 상태를 판정하여, 측정대상과의 거리 및 측정대상의 속도를 산출할 수 있다.In the present invention, when the state of the measurement object cannot be determined based on the speed candidate value, the state of the measurement object is determined by using the calculation result of the hysteresis displacement calculation means, and the distance from the measurement object and the measurement object. We can calculate the speed of.
또한, 본 발명에서는, 계수기간중의 간섭파형의 주기를 측정하여, 이 측정결과로부터 계수기간중의 간섭파형의 주기의 도수(度數)분포를 작성하고, 도수분포로부터 간섭파형주기의 중앙값을 산출하여, 도수분포로부터, 중앙값의 제1 소정수배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 중앙값의 제2 소정수배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 이들 총합 Ns와 Nw에 근거하여 계수수단의 계수결과를 보정함으로써, 계수시의 결락(缺落)이나 과잉 계수의 영향을 제거하고, 간섭파형의 계수오차를 보정할 수 있기 때문에, 거리 및 속도의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.In the present invention, the period of the interference waveform in the counting period is measured, and the frequency distribution of the period of the interference waveform in the counting period is prepared from the measurement result, and the median value of the interference waveform period is calculated from the frequency distribution. From the frequency distribution, the sum Ns of the degrees of the class that is equal to or less than the first predetermined multiple of the median value and the sum Nw of the degrees of the class that are greater than or equal to the second predetermined multiples of the median value are calculated. By correcting the counting result of the means, it is possible to eliminate the influence of missing or excessive coefficients at the time of counting and correct the counting error of the interference waveform, thereby improving the measurement accuracy of distance and speed.
또한, 본 발명에서는, 계수수단에 의해 간섭파형의 수를 세는 대신, 제1, 제2 수광기의 출력신호에 포함되는 소정 개수(個數)의 간섭파형의 주기를 측정하고, 그 측정결과로부터 간섭파형의 주기의 도수분포를 작성하여, 도수분포로부터 간섭 파형의 주기의 중앙값을 산출하고, 도수분포로부터 중앙값의 제1 소정수배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 중앙값의 제2 소정수배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 이들 총합 Ns와 Nw에 근거하여 간섭파형의 소정개수를 보정함으로써, 단위시간당 간섭파형의 수의 측정오차를 줄일 수 있어, 거리 및 속도의 측정정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.In the present invention, instead of counting the number of the interference waveforms by the counting means, the period of the predetermined number of interference waveforms included in the output signal of the first and second receivers is measured, and from the measurement result, The frequency distribution of the period of the interference waveform is created, the median of the period of the interference waveform is calculated from the frequency distribution, and from the frequency distribution, the sum Ns of the degrees of the class less than or equal to the first predetermined multiple of the median and the second predetermined multiple of the median By calculating the sum Nw of the above-described degrees and correcting a predetermined number of interference waveforms based on the sum Ns and Nw, the measurement error of the number of interference waveforms per unit time can be reduced, and the measurement accuracy of distance and speed can be reduced. It can be further improved.
또한, 본 발명에서는, 측정대상이 미소변위상태에 있다고 가정한 경우의 속도 후보값과 측정대상이 변위상태에 있다고 가정한 경우의 속도 후보값 중, 상태판정수단의 판정결과, 거리/속도 확정수단이 진짜 값이 아니라고 판단하여 채용하지 않은 속도 후보값이, 거리/속도 확정수단이 진짜값이라고 판단하여 채용한 거리 후보값에 제1, 제2 반도체 레이저의 파장변화율을 곱한 값과 대략 같아지도록, 제1, 제2 레이저 드라이버로부터 제1, 제2 반도체 레이저에 공급되는 구동전류 중 적어도 한쪽의 진폭을 조정함으로써, 제1, 제2 반도체 레이저의 파장변화량의 절대값을 같게 할 수 있어, 거리 및 속도의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.Further, in the present invention, the determination result of the state determination means, the distance / speed determination means, among the speed candidate values when the measurement object is assumed to be in the small displacement state and the speed candidate values when the measurement object is assumed to be in the displacement state. The speed candidate value which is determined not to be the real value and is not employed is approximately equal to the value obtained by multiplying the wavelength change rate of the first and second semiconductor lasers by determining that the distance / speed determination means is a real value. By adjusting the amplitude of at least one of the drive currents supplied from the first and second laser drivers to the first and second semiconductor lasers, the absolute value of the wavelength change amount of the first and second semiconductor lasers can be made the same, and the distance and The measurement accuracy of speed can be improved.
또한, 본 발명에서는, 측정대상이 미소변위상태에 있다고 가정한 경우의 속도 또는 거리의 후보값과 측정대상이 변위상태에 있다고 가정한 경우의 속도 또는 거리의 후보값 중, 상태판정수단의 판정결과, 거리/속도 확정수단이 진짜 값이라고 판단하여 채용한 속도 또는 거리의 후보값이, 제1, 제2 반도체 레이저의 파장변화가 바뀌는 타이밍의 전후에 연속성을 유지하도록, 제1, 제2 레이저 드라이버로부터 제1, 제2 반도체 레이저에 공급되는 구동전류 중 적어도 한쪽의 진폭을 조정함으로써, 제1, 제2 반도체 레이저의 파장변화량의 절대값을 같게 할 수 있어, 거리 및 속도의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.Further, in the present invention, the determination result of the state determining means, among the candidate values of the speed or distance when the measurement object is assumed to be in the small displacement state and the candidate values of the speed or distance when the measurement object is assumed to be in the displacement state. The first and second laser drivers so as to maintain the continuity before and after the timing at which the wavelength change of the first and second semiconductor lasers is changed. By adjusting the amplitude of at least one of the drive currents supplied to the first and second semiconductor lasers from the first and second semiconductor lasers, the absolute value of the wavelength change amount of the first and second semiconductor lasers can be made the same, thereby improving the measurement accuracy of distance and speed. Can be.
한편, 본 발명은 측정대상과의 거리 및 측정대상의 속도를 계측하는 기술에 적용할 수 있다.On the other hand, the present invention can be applied to a technique for measuring the distance to the measurement target and the speed of the measurement target.
본 발명은, 파장변조를 이용한 센싱(sensing)에 있어서, 출사한 파(波)와 대상물에서 반사된 파의 간섭신호를 근거로 거리를 계측하는 방법이다. 따라서, 자기결합형 이외의 광학식 간섭계, 광 이외의 간섭계에도 적용할 수 있다. 반도체 레이저의 자기결합을 이용하는 경우에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 반도체 레이저로부터 측정대상에 레이저광을 조사하면서 레이저의 발진파장을 변화시키면, 발진파장이 최소발진파장으로부터 최대발진파장까지 변하는 동안(혹은, 최대발진파장으로부터 최소발진파장까지 변하는 동안)의 측정대상의 변위가 MHP의 수에 반영된다. 따라서, 발진파장을 변화시켰을 때의 MHP의 수를 조사함으로써, 측정대상의 상태를 검출할 수 있다. 이상이 간섭계의 기본적인 원리이다.The present invention is a method for measuring a distance based on an interference signal between a wave emitted and a wave reflected from an object in sensing using wavelength modulation. Therefore, the present invention can be applied to optical interferometers other than the magnetic coupling type and interferometers other than light. In the case of using the magnetic coupling of the semiconductor laser in more detail, if the oscillation wavelength of the laser is changed while irradiating the laser light from the semiconductor laser to the measurement object, the oscillation wavelength changes from the minimum oscillation wavelength to the maximum oscillation wavelength (or The variation of the measured object, from the maximum oscillation wavelength to the minimum oscillation wavelength, is reflected in the number of MHPs. Therefore, by examining the number of MHPs when the oscillation wavelength is changed, the state of the measurement object can be detected. This is the basic principle of the interferometer.
[제1 실시예][First Embodiment]
이하, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예가 되는 거리/속도계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1의 거리계는, 측정대상(11)에 레이저광을 방사하는 제1, 제2 반도체 레이저(1-1, 1-2)와, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 광출력을 각각 전기신호로 변환하는 제1, 제2 수광기인 포토다이오드(2-1, 2-2)와, 반도체 레이저(1-1, 1-2)로부터의 광을 각각 집광하여 측정대상(11)에 조사하는 동시에, 측정대상(11)으로부터의 리턴광을 집광 하여 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 입사시키는 렌즈(3-1, 3-2)와, 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 발진파장이 연속적으로 증가하는 제1 발진기간과 발진파장이 연속적으로 감소하는 제2 발진기간을 번갈아 반복시키는 제1, 제2 레이저 드라이버(4-1, 4-2)와, 포토다이오드(2-1, 2-2)의 출력전류를 각각 전압으로 변환하여 증폭시키는 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)와, 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)의 출력전압으로부터 반송파를 제거하는 필터회로(6-1, 6-2)와, 필터회로(6-1, 6-2)의 출력전압에 포함되는 MHP의 수를 세는 계수장치(7)와, 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 산출하는 연산장치(8)와, 연산장치(8)의 산출결과를 표시하는 표시장치(9)와, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 구동전류의 진폭이 적절해지도록 레이저 드라이버(4-1, 4-2)를 제어하는 진폭조정장치(10)를 가진다. 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)와 필터회로(6-1, 6-2)와 계수장치(7)는 계수부(13)를 구성한다.Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the configuration of a distance / speedometer as a first embodiment of the present invention. 1 shows the light output 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
이하, 설명을 쉽게 하기 위하여, 반도체 레이저(1-1, 1-2)에는 모드호핑 현상을 가지지 않는 형(VCSEL형, DFB 레이저형)이 사용되고 있는 것으로 상정한다.Hereinafter, for ease of explanation, it is assumed that the semiconductor lasers 1-1, 1-2 are used without any type of mode hopping phenomenon (VCSEL type, DFB laser type).
레이저 드라이버(4-1, 4-2)는 시간에 관하여 일정한 변화율로 증감을 반복하는 삼각파 구동전류를 주입전류로서 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 공급한다. 이에 의해, 반도체 레이저(1-1, 1-2)는 주입전류의 크기에 비례하여 발진파장이 일정한 변화율로 연속적으로 증가하는 제1 발진기간과 발진파장이 일정한 변화율로 연속적으로 감소하는 제2 발진기간을 번갈아 반복하도록 구동된다. 이 때, 레이저 드라이버(4-1, 4-2)는 반도체 레이저(1-1)와 반도체 레이저(1-2)에서 발진파장의 증감이 반대가 되도록 구동전류를 공급한다. 즉, 반도체 레이저(1-1)와 반도체 레이저(1- 2)는 발진파장의 변화율의 절대값이 동일하고 변화율의 극성이 서로 반대로 되어 있다. 따라서, 반도체 레이저(1-1)의 발진파장이 최대값이 되었을 때, 반도체 레이저(1-2)의 발진파장은 최소값이 되고, 반도체 레이저(1-1)의 발진파장이 최소값이 되었을 때, 반도체 레이저(1-2)의 발진파장은 최대값이 된다.The laser drivers 4-1 and 4-2 supply the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 as an injection current, a triangular wave driving current which repeats the increase and decrease at a constant rate of change with respect to time. As a result, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 have a first oscillation period in which the oscillation wavelength continuously increases at a constant rate of change and a second oscillation period in which the oscillation wavelengths continuously decrease at a constant rate of change in proportion to the magnitude of the injection current. It is driven to repeat alternately. At this time, the laser drivers 4-1 and 4-2 supply the drive current so that the oscillation wavelengths of the semiconductor laser 1-1 and the semiconductor laser 1-2 are reversed. That is, the semiconductor laser 1-1 and the semiconductor lasers 1-2 have the same absolute value of the rate of change of the oscillation wavelength and the polarities of the rate of change are opposite to each other. 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 oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-2 has a maximum value.
도 2는 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 발진파장의 시간변화를 나타내는 도면이다. 도 2에서 LD1은 반도체 레이저(1-1)의 발진파형, LD2는 반도체 레이저(1-2)의 발진파형, P1은 제1 발진기간, P2는 제2 발진기간, λa는 각 기간에서의 발진파장의 최소값, λb는 각 기간에서의 발진파장의 최대값, T는 삼각파의 주기이다. 본 실시예에서는, 발진파장의 최대값(λb) 및 발진파장의 최소값(λa)이 각각 항상 일정하고, 이들의 차(λb-λa)도 항상 일정하게 되어 있다.FIG. 2 is a diagram showing the time variation of the oscillation wavelength of the semiconductor lasers 1-1, 1-2. In Fig. 2, LD1 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-1, LD2 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-2, P1 is the first oscillation period, P2 is the second oscillation period, and λa is the oscillation in each period. The minimum value of the wavelength, λb is the maximum value of the oscillation wavelength in each period, and T is the period of the triangular wave. In this embodiment, the maximum value λb of the oscillation wavelength and the minimum value λa of the oscillation wavelength are always constant, respectively, and the difference thereof is also constant.
반도체 레이저(1-1, 1-2)로부터 출사된 레이저광은 렌즈(3-1, 3-2)에 의해 집광되어 측정대상(11)에 입사된다. 이 때, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 레이저광은 서로 평행하게 출사되어 측정대상(11)으로 입사된다. 측정대상(11)에서 반사된 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 광은 각각 렌즈(3-1, 3-2)에 의해 집광되어 반도체 레이저(1-1, 1-2)로 입사한다. 한편, 렌즈(3-1, 3-2)에 의한 집광이 필수는 아니다. 포토다이오드(2-1, 2-2)는 각각 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 광출력을 전류로 변환시킨다. 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)는 각각 포토다이오드(2-1, 2-2)의 출력전류를 전압으로 변환하여 증폭시킨다.The laser light emitted from the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 is collected by the lenses 3-1 and 3-2 and is incident on the
필터회로(6-1, 6-2)는 변조파로부터 중첩신호를 추출하는 기능을 가지는 것이다. 도 3의 (a), (b)는 각각 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이고, (c), (d)는 각각 필터회로(6-1, 6-2)의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도면들은, 포토다이오드(2-1, 2-2)의 출력에 상당하는 도 3의 (a), (b)의 파형(변조파)으로부터 도 2의 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 발진파형(반송파)을 제거하여, 도 3의 (c), (d)의 MHP 파형(중첩파)을 추출하는 과정을 나타내고 있다.The filter circuits 6-1 and 6-2 have a function of extracting superimposed signals from modulated waves. 3A and 3B are diagrams schematically showing output voltage waveforms of the current-voltage conversion amplifiers 5-1 and 5-2, respectively, and (c) and (d) are filter circuits respectively. 6-1 and 6-2 are diagrams schematically showing output voltage waveforms. These figures show the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 of FIG. 2 from the waveforms (modulation waves) of FIGS. 3A and 3B corresponding to the outputs of the photodiodes 2-1 and 2-2. The process of extracting the MHP waveform (overlapped wave) of FIGS. 3C and 3D by removing the oscillation waveform (carrier wave) of FIG.
계수장치(7)는 필터회로(6-1, 6-2)의 출력에 포함되는 단위시간당 MHP의 수를 필터회로(6-1, 6-2) 각각에 대하여 수시로 센다. 도 4는 계수장치(7)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 5는 계수장치(7)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 계수장치(7)는, 전환스위치(70)와, 주기측정부(71-1, 71-2)와, 변환부(72-1, 72-2)로 구성된다.The
먼저, 계수장치(7)의 전환스위치(70)는 전환시인지 여부를 판정하고(도 5의 단계 S100), 전환시이면 필터회로(6-1, 6-2)의 출력과 주기측정부(71-1, 71-2)의 접속을 전환한다(단계 S101). 전환스위치(70)의 전환은 삼각파 주기(T)의 1/2 시간마다 이루어진다. 즉, 전환스위치(70)는, 제1 발진기간(P1)에는 필터회로(6-1)의 출력을 주기측정부(71-1)의 입력에 접속하고, 필터회로(6-2)의 출력을 주기측정부(71-2)에 접속하며, 제2 발진기간(P2)에는 필터회로(6-2)의 출력을 주기측정부(71-1)의 입력에 접속하고, 필터회로(6-1)의 출력을 주기측정부(71-2)에 접속한다(단계 S101).First, the
결국, 주기측정부(71-1)에는, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 증가하고 있는 반도체 레이저(1-1) 쪽 또는 반도체 레이저(1-2) 쪽에 대응하는 출력이 항상 입력되고, 주기측정부(71-2)에는, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 감소하고 있는 반도체 레이저(1-1) 쪽 또는 반도체 레이저(1-2) 쪽에 대응하는 출력이 항상 입력되도록 되어 있다. 한편, 현시점이 제1 발진기간(P1)인지 제2 발진기간(P2)인지는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터 통지되도록 되어 있다. 전환스위치(70)는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터의 통지에 따라 전환동작을 한다.As a result, the period measuring unit 71-1 has the semiconductor laser 1-1 or the
주기측정부(71-1)는, 제1 계수기간에 전환스위치(70)로부터의 입력의 상승엣지의 주기(즉, MHP의 주기)를 전환스위치(70)로부터의 입력에 상승엣지가 발생할 때마다 측정한다(도 5의 단계 S102). 마찬가지로, 주기측정부(71-2)는, 제2 계수기간에 전환스위치(70)로부터의 입력의 상승엣지의 주기(즉, MHP의 주기)를 전환스위치(70)로부터의 입력에 상승엣지가 발생할 때마다 측정한다(단계 S102).The period measuring unit 71-1 generates a period (i.e., a period of MHP) of the rising edge of the input from the
여기서, 도 6을 이용하여 제1, 제2 계수기간에 대하여 설명한다. 도 6의 (a), (b)는 각각 전류-전압 변환증폭기(5-1, 5-2)의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이고, (c), (d)는 각각 필터회로(6-1, 6-2)의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이다. Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8은 제1 계수기간, Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, Pm8은 제2 계수기간, t0a, t1, t2, t0b, t3, t4, t0c, t5, t6, t0d, t7, t8은 각각 제1 계수기간Pn(Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8)과 제2 계수기간Pm(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, Pm8)의 개시 또는 종료 시각이다.Here, the first and second counting periods will be described with reference to FIG. 6. 6 (a) and 6 (b) schematically show output voltage waveforms of the current-voltage conversion amplifiers 5-1 and 5-2, respectively, and (c) and (d) respectively show filter circuits ( 6-1 and 6-2 are diagrams schematically showing output voltage waveforms. Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8 are first counting periods, Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, Pm8 are second counting periods, t0a, t1, t2, t0b, t3, t4, t0c, t5, t6, t0d, t7, t8 are the first counting periods Pn (Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8) and the second counting periods Pm (Pm1, Pm2, The start or end time of Pm3, Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, and Pm8).
도 6의 (c), (d)에 나타내는 바와 같이, 제1 계수기간Pn(Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8)은, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 증가하고 있는 반도체 레이저(1-1) 쪽 또는 반도체 레이저(1-2) 쪽에 대응하는 출력에 대하여 설정되며, 제2 계수기간Pm(Pm1, Pm2, Pm3, Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, Pm8)은, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 감소하고 있는 반도체 레이저(1-1) 쪽 또는 반도체 레이저(1-2) 쪽에 대응하는 출력에 대하여 설정된다.As shown in FIGS. 6C and 6D, the first counting period Pn (Pn1, Pn2, Pn3, Pn4, Pn5, Pn6, Pn7, Pn8) includes the filter circuit 6-1 or the filter circuit ( The output of 6-2) is set for the output corresponding to the semiconductor laser 1-1 side or the semiconductor laser 1-2 side in which the oscillation wavelength is increasing, and the second counting period Pm (Pm1, Pm2, Pm3) is set. , Pm4, Pm5, Pm6, Pm7, Pm8 are the semiconductor laser 1-1 side or semiconductor laser (1) in which the oscillation wavelength is reduced during the output of the filter circuit 6-1 or the filter circuit 6-2. It is set for the output corresponding to page 1-2).
제1 계수기간(Pn)과 제2 계수기간(Pm)은, 제1 발진기간(P1) 및 제2 발진기간(P2)의 길이 즉, 삼각파 주기(T)의 1/2의 시간보다 짧은 것이 바람직하다. 또한, 제1 계수기간(Pn)과 이것에 대응하는 제2 계수기간(Pm)은 시각이 일치하고 있을 필요가 있다. 단, 제1 계수기간(Pn)끼리 시간이 일부 겹쳐있어도 상관없고, 제2 계수기간(Pm)끼리 시간이 일부 겹쳐있어도 상관없다. The first counting period Pn and the second counting period Pm are shorter than the length of the first oscillation period P1 and the second oscillation period P2, that is, 1/2 of the triangle wave period T. desirable. In addition, it is necessary for the first counting period Pn and the second counting period Pm corresponding thereto to coincide with time. However, the first counting periods Pn may partially overlap each other, and the second counting periods Pm may partially overlap each other.
주기측정부(71-1, 71-2)에 입력되는 게이트 신호(GS)는, 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm) 선두에서 상승하고, 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)의 종단에서 하강하는 신호이다. 한편, 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)은 삼각파 구동전류가 최대가 되는 부분(발진기간(P1)으로부터 발진기간(P2)로 전환하는 부분 또는 발진기간(P2)으로부터 발진기간(P1)로 전환하는 부분)을 제외한 기간으로 설정된다.The gate signal GS input to the period measuring units 71-1 and 71-2 rises at the head of the first counting period Pn and the second counting period Pm, and the first counting period Pn and This signal falls at the end of the second counting period Pm. On the other hand, the first counting period Pn and the second counting period Pm are oscillated from a portion where the triangular wave driving current is maximized (a portion of switching from the oscillation period P1 to the oscillation period P2 or from the oscillation period P2). The period is set to the period except for the period (P1).
이어서, 계수장치(7)의 변환부(72-1)는 주기측정부(71-1)가 측정한 MHP 주기의 평균값을 제1 계수기간(Pn) 중의 단위시간당 MHP의 수 X(발진파장이 증가하고 있는 반도체 레이저 쪽의 간섭파형의 수)로 변환하고, 변환부(72-2)는 주기측정 부(71-2)가 측정한 MHP 주기의 평균값을 제2 계수기간(Pm) 중의 단위시간당 MHP의 수 Y(발진파장이 감소하고 있는 반도체 레이저 쪽의 간섭파형의 수)로 변환한다(도 5의 단계 S103). MHP의 평균주기를 Ts, 삼각파의 주파수를 f라고 하면, 단위시간당 MHP의 수는 {2/(f×Ts)}로 계산할 수 있다. 이 때의 단위시간은 삼각파 주기(T)의 1/2 시간이다.Subsequently, the converting unit 72-1 of the
계수장치(7)는 이상과 같은 처리를 제1, 제2 계수기간(Pn, Pm)마다 실시한다. 따라서, 주기측정부(71-1)와 변환부(72-1)의 동작에 의해 MHP의 수 X가 산출되는 동시에, 주기측정부(71-2)와 변환부(72-2)의 동작에 의해 MHP의 수 Y가 산출되는 식으로 MHP의 수 X, Y가 동시에 구해진다.The
이어서, 연산장치(8)는, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 최소발진파장(λa)과 최대발진파장(λb)과 MHP의 수(X, Y)에 근거하여, 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 산출한다. 도 7은 연산장치(8)의 구성의 일례를 나타내는 블록도, 도 8은 그 연산장치(8)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 연산장치(8)는, 계수장치(7)에 의해 산출된 MHP의 수(X, Y) 및 연산장치(8)의 산출결과를 기억하는 기억부(80)와, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 최소발진파장(λa)과 최대발진파장(λb)과 MHP의 수(X, Y)에 근거하여, 측정대상(11)과의 거리 후보값과 측정대상(11)의 속도 후보값을 산출하는 거리/속도 산출부(81)와, 거리/속도 산출부(81)의 산출결과에 근거하여 측정대상(11)의 상태를 판정하는 상태판정부(82)와, 상태판정부(82)의 판정결과에 근거하여 측정대상의 속도를 확정하는 속도확정부(83)와, 상태판정부(82)의 판정결과에 근거하여 측정대상과의 거리를 확정하는 거리확정부(84)로 구성된 다. 속도확정부(83)와 거리확정부(84)는 거리/속도 확정부(86)를 구성하고 있다.Subsequently, the
본 실시예에서는, 측정대상(11)의 상태를, 소정의 조건을 만족하는 미소변위상태, 혹은 미소변위상태보다 움직임이 큰 변위상태 중 어느 하나라고 한다. 계수기간(Pn)과 계수기간(Pm)의 1기간당 측정대상(11)의 평균변위를 V라고 하였을 때, 미소변위상태란 (λb-λa)/λb>V/Lb를 만족하는 상태이고, 변위상태란 (λb-λa)/λb≤V/Lb를 만족하는 상태이다. 단, Lb는 제1, 제2 계수기간(Pn, Pm)의 중간 시각에서의 측정대상(11)과의 거리이다.In the present embodiment, the state of the
먼저, 연산장치(8)의 기억부(80)는, 계수장치(7)에 의해 산출된 MHP의 수(X, Y)를 기억한다(도 8의 단계 S201).First, the
이어서, 연산장치(8)의 거리/속도 산출부(81)는, 측정대상(11)의 속도 후보값 및 측정대상(11)과의 거리 후보값을 산출하여, 산출한 값을 기억부(80)에 저장한다(도 8의 단계 S202).Subsequently, the distance /
거리/속도 산출부(81)는, 제1 계수기간(Pn)에서의 MHP의 수 X(t)와 다음 시각의 제2 계수기간(Pm+1)에서의 MHP의 수 Y(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 속도의 제1 후보값 Vα1(t, t+1)과, 제2 계수기간(Pm)에서의 MHP의 수 Y(t)와 다음 시각의 제1 계수기간(Pn+1)에서의 MHP의 수 X(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 속도의 제2 후보값 Vα2(t, t+1)과, MHP의 수 X(t)와 Y(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 속도의 제3 후보값 Vβ3(t, t+1)과, MHP의 수 Y(t)와 X(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 속도의 제4 후보값 Vβ4(t, t+1)을 다음 식과 같이 산출하여, 기억부(80)에 저장한다(단계 S202).The distance /
또한, 거리/속도 산출부(81)는, 제1 계수기간(Pn)에서의 MHP의 수 X(t)와 같은 시각의 제2 계수기간(Pm)에서의 MHP의 수 Y(t)에 근거한 시각 t-1로부터 t에서의 속도의 제5 후보값 Vα5(t)와 제6 후보값 Vβ6(t)를 다음 식과 같이 산출하여, 기억부(80)에 저장한다(단계 S202).Further, the distance /
또한, 거리/속도 산출부(81)는, 제1 계수기간(Pn)에서의 MHP의 수 X(t)와 다음 시각의 제2 계수기간(Pm+1)에서의 MHP의 수 Y(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제1 후보값 Lα1(t, t+1)과, 제2 계수기간(Pm)에서의 MHP의 수 Y(t)와 다음 시각의 제1 계수기간(Pn+1)에서의 MHP의 수 X(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제2 후보값 Lα2(t, t+1)과, MHP의 수 X(t)와 Y(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제3 후보값 Lβ3(t, t+1)과, MHP의 수 Y(t)와 X(t+1)에 근거한 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제4 후보값 Lβ4(t, t+1)을 다음 식과 같이 산출하여, 기억부(80)에 저장한다(단계 S202).In addition, the distance /
또한, 거리/속도 산출부(81)는, 제1 계수기간(Pn)에서의 MHP의 수 X(t)와 같은 시각의 제2 계수기간(Pm)에서의 MHP의 수 Y(t)에 근거한 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)과의 거리의 제5 후보값 Lα5(t)와 제6 후보값 Lβ6(t)를 다음 식과 같이 산출하여, 기억부(80)에 저장한다(단계 S202).Further, the distance /
수학식 2 내지 수학식 13에서, 후보값 Vα1(t, t+1), Vα2(t, t+1), Vα5(t), Lα1(t, t+1), Lα2(t, t+1), Lα5(t)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 값이고, 후보값 Vβ3(t, t+1), Vβ4(t, t+1), Vβ6(t), Lβ3(t, t+1), Lβ4(t, t+1), Lβ6(t)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 값이다.In
시각 t+1은 제1 계수기간(Pn+1) 및 제2 계수기간(Pm+1)의 종료시각이고, 시각 t는 Pn+1, Pm+1의 1회 전의 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)의 종료시각이며, 시각 t-1은 Pn+1, Pm+1의 2회 전의 제1 계수기간(Pn-1) 및 제2 계수기간(Pm-1)의 종료시각이다. X(t+1)은 제1 계수기간(Pn+1)에서의 MHP의 수, X(t)는 제1 계수시간(Pn)에서의 MHP의 수, Y(t+1)은 제2 계수기간(Pm+1)에서의 MHP의 수, Y(t)는 제2 계수시간(Pm)에서의 MHP의 수이다.Time t + 1 is the end time of the first counting period Pn + 1 and the second counting period Pm + 1, and time t is the first counting period Pn before Pn + 1 and Pm + 1. And the end time of the second counting period Pm, wherein time t-1 is the end of the first counting period Pn-1 and the second counting period Pm-1 two times before Pn + 1 and Pm + 1. It is time. X (t + 1) is the number of MHPs in the first counting period Pn + 1, X (t) is the number of MHPs in the first counting time Pn, and Y (t + 1) is the second counting The number of MHPs in the period Pm + 1, Y (t) is the number of MHPs in the second counting time Pm.
예를 들어, 현재시각이 t+1=t2라고 하면, 제1 계수기간(Pn+1)은 도 6의 (c)의 Pn2, 1회 전의 제1 계수기간(Pn)은 Pn1이고, 제2 계수기간(Pm+1)은 도 6의 (d)의 Pm2, 1회 전의 제2 계수기간(Pm)은 Pm1이다. 또한, 현재시각이 t+1=t3이라고 하면, 제1 계수기간(Pn+1)은 Pn3, 1회 전의 제1 계수기간(Pn)은 Pn2이고, 제2 계수기간(Pm+1)은 Pm3, 1회 전의 제2 계수기간(Pm)은 Pm2이다. 연산장치(8)는 수학식 2 내지 수학식 13의 계산을 계수장치(7)에 의해 MHP의 수가 산출되는 시각마다 실시한다.For example, if the current time is t + 1 = t2, the first counting period Pn + 1 is Pn2 in FIG. 6C, the first counting period Pn one time before is Pn1, and the second counting period is Pn1. The counting period Pm + 1 is Pm2 in FIG. 6 (d), and the second counting period Pm before the first time is Pm1. Further, if the current time is t + 1 = t3, the first counting period Pn + 1 is Pn3, the first counting period Pn one time before is Pn2, and the second counting period Pm + 1 is Pm3. , Before the second counting period Pm is Pm2. The
이어서, 연산장치(8)의 상태판정부(82)는, 기억부(80)에 기억되어 있는 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하여 측정대상(11)의 상태를 판정한다(도 8 의 단계 S203). 상태판정부(82)는, Vα1(t, t+1) = Vα2(t, t+1) 즉, 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 같을 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정한다. 또한, 상태판정부(82)는, Vβ3(t, t+1) = Vβ4(t, t+1) 즉, 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 같을 경우, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정한다. 한편, 상태판정부(82)는 수학식 2의 산출결과와 수학식 3의 산출결과의 오차가 소정의 오차범위내인 경우, 이것들이 같다고 판정한다. 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 같은지 여부에 대해서도 마찬가지로 판정할 수 있다.Subsequently, the
연산장치(8)의 속도확정부(83)는 상태판정부(82)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)의 속도 절대값을 확정한다(도 8의 단계 S204). 즉, 속도확정부(83)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값을, 시각 (t-1)로부터 (t+1)에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정한다(단계 S204).The
또한, 속도확정부(83)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값을, 시각 t-1으로부터 t+1에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정한다(단계 S204).In addition, when it is determined that the
이와 같이 수학식 2와 수학식 3의 산출결과의 평균값, 혹은 수학식 4와 수학식 5의 산출결과의 평균값을 이용함으로써, 내노이즈성을 향상시킬 수 있다. 한편, 내노이즈성은 떨어지지만, 속도확정부(83)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1) 중 어느 하나를 측 정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하여도 되고, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우에는, 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1) 중 어느 하나를 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하여도 된다.Thus, noise resistance can be improved by using the average value of the calculation result of Formula (2) and
한편, 속도확정부(83)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vα5(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하도록 하여도 된다(단계 S204). 또한, 속도확정부(83)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vβ6(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하도록 하여도 된다(단계 S204). On the other hand, when it is determined that the
수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하는 경우보다 수학식 6 혹은 수학식 7을 이용하는 쪽이 보다 정확한 속도를 산출할 수 있다.Using the equation (6) or equation (7) can calculate the more accurate speed than when using the calculation results of equations (2) to (5).
이어서, 속도확정부(83)는 아래의 수학식 14, 수학식 15를 산출하여 측정대상(11)의 속도 방향을 확정한다(도 8의 단계 S205).Next, the
속도확정부(83)는 수학식 14의 ΣX와 수학식 15의 ΣY의 크기를 비교하여, ΣY보다 ΣX가 큰 경우, 측정대상(11)이 거리/속도계에 가까워지고 있다고 판정하고, ΣX보다 ΣY가 큰 경우에는, 측정대상(11)이 거리/속도계로부터 멀어지고 있다 고 판정한다.The
한편, 속도확정부(83)는, 단계 S204에서 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하는 대신, 수학식 6 혹은 수학식 7의 산출결과를 이용하여 속도 절대값을 확정하는 경우, MHP의 수 X(t)와 Y(t)의 크기를 비교하여 Y(t)보다 X(t)가 큰 경우에는 측정대상(11)이 거리/속도계에 가까워지고 있다고 판정하고, X(t)보다 Y(t)가 큰 경우에는 측정대상(11)이 거리/속도계로부터 멀어지고 있다고 판정한다(단계 S205).On the other hand, instead of using the calculation results of the equations (2) to (5) in step S204, the
이어서, 거리확정부(84)는 상태판정부(82)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)과의 거리를 확정한다(도 8의 단계 S206). 즉, 거리확정부(84)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값을 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정한다(단계 S206).Subsequently, the
또한, 거리확정부(84)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값을 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정한다(단계 S206). 한편, 내노이즈성은 떨어지지만, 거리확정부(84)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1) 중 어느 하나를 측정대상(11)과의 거리로서 확정하여도 되고, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우에는, 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1) 중 어느 하나를 측정대상(11)과의 거리로서 확정하여도 된다.Further, when it is determined that the
한편, 거리확정부(84)는 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lα5(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정하도록 하여도 된다(단계 S206). 또한, 거리확정부(84)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lβ6(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정하도록 하여도 된다(단계 S206). On the other hand, when it is determined that the
수학식 8 내지 수학식 11의 산출결과를 이용하는 경우보다 수학식 12 혹은 수학식 13을 이용하는 쪽이 보다 정확한 거리를 산출할 수 있다.Using the equation (12) or the equation (13) can calculate a more accurate distance than when using the calculation result of equations (8) to (11).
연산장치(8)는, 이상과 같은 단계 S201 내지 단계 S206의 처리를 예를 들어 사용자로부터 계측종료 지시가 있을 때까지(도 8의 단계 S207에서 '예'), 계수장치(7)에 의해 MHP의 수가 산출되는 시각마다 실행한다.The
표시장치(9)는 연산장치(8)에 의해 산출된 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 실시간으로 표시한다.The
한편, 진폭조정장치(10)는 연산장치(8)의 상태판정부(82)의 판정결과를 이용하여, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 삼각파 구동전류의 진폭이 적절해지도록 레이저 드라이버(4-1, 4-2)를 제어한다.On the other hand, the
본 실시예와 같이 복수개의 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 이용하는 거리/속도계에서는, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값에 차이가 있으면, 측정값에 오차가 발생한다. 도 9의 (a) 내지 (c)는 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화의 전환에 따른 MHP의 수(X, Y)의 변화를 설명하기 위한 도면으로, 도 9의 (a)는 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 발진파장의 시간변화를 나타내는 도면, 도 9의 (b)는 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값이 같은 경우의 MHP의 수(X, Y)의 변화를 나타내는 도면, 도 9의 (c)는 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값에 차이가 있는 경우의 MHP의 수(X, Y)의 변화를 나타내는 도면이다. 도 9의 (a) 내지 (c)에서, LD1은 반도체 레이저(1-1)의 발진파형, LD2는 반도체 레이저(1-2)의 발진파형, X1 및 X2는 각각 발진파장이 증가하고 있는 경우의 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 MHP의 수, Y1 및 Y2는 각각 발진파장이 감소하고 있는 경우의 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 MHP의 수이다.In the distance / speed meter using the plurality of semiconductor lasers 1-1 and 1-2 as in the present embodiment, if there is a difference in the absolute value of the wavelength change amount of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2, An error occurs. 9A to 9C are diagrams for explaining the change in the number (X, Y) of the MHPs according to the change of the wavelength change of the semiconductor lasers 1-1, 1-2. a) shows the time variation of the oscillation wavelength of the semiconductor lasers 1-1, 1-2, and FIG. 9B shows the same absolute value of the wavelength change amount of the semiconductor lasers 1-1, 1-2. The figure which shows the change of the number MHP of the case (X, Y), FIG.9 (c) shows the number of MHPs when there is a difference in the absolute value of the wavelength change amount of the semiconductor laser (1-1, 1-2) ( It is a figure which shows the change of X, Y). 9A to 9C, LD1 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-1, LD2 is the oscillation waveform of the semiconductor laser 1-2, and X1 and X2 are the oscillation wavelengths respectively. The number of MHPs, Y1, and Y2 of the semiconductor lasers 1-1, 1-2 are the number of MHPs of the semiconductor lasers 1-1, 1-2 when the oscillation wavelength is decreasing, respectively.
반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값이 같은 경우, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 발진파장이 증가에서 감소로, 혹은 감소에서 증가로 전환되는 타이밍(SW1, SW2, SW3)의 전후에도 MHP의 수(X, Y)는 각각 연속성을 유지하는데, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값에 차이가 있으면, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, MHP의 수(X, Y)는 각각 연속성을 잃게 된다.When the absolute values of the wavelength change amounts of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are the same, as shown in FIG. 9B, the oscillation wavelengths of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 decrease with increasing. The number of MHPs (X, Y) maintains continuity, respectively, before and after the timings SW1, SW2, and SW3 that change from decreasing or decreasing to increasing. If there is a difference in absolute values, as shown in Fig. 9C, the numbers (X, Y) of the MHPs each lose continuity.
그래서, 본 실시예의 진폭조정장치(10)는, 연산장치(8)의 거리/속도산출부(81)가 산출한 속도 후보값 Vα1(t, t+1), Vα2(t, t+1), Vβ3(t, t+1), Vβ4(t, t+1) 중, 상태판정부(82)의 판정결과로부터 속도확정부(83)가 진짜 값이 아니라고 판단하여 채용하지 않은 속도 후보값을 이용하여 진폭을 조정한다. 측정대상(11)이 미소변위상태에서 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 속도확정부(83)가 채용하지 않은 속도 후보값은 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값이고, 측정대상(11) 이 변위상태에서 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 속도확정부(83)가 채용하지 않은 속도 후보값은 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값이다.Thus, the
진폭조정장치(10)는, 속도확정부(83)가 채용하지 않은 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값 혹은 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값이, 거리확정부(84)가 진짜 값이라고 판단하여 채용한 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값 혹은 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값에 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화율(λb-λa)/λb를 곱한 값과 대략 같아지도록, 레이저 드라이버(4-1, 4-2)를 통하여 삼각파 구동전류의 진폭을 조정한다. 이 때, 레이저 드라이버(4-1)로부터 반도체 레이저(1-1)에 공급하는 구동전류와 레이저 드라이버(4-2)로부터 반도체 레이저(1-2)에 공급하는 구동전류 모두를 진폭조정하여도 되고, 어느 한쪽을 조정하여도 된다. 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 거리확정부(84)가 채용한 거리 후보값은 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값이고, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 거리확정부(84)가 채용한 거리 후보값은 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값이다.The
도 10은 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 공급되는 삼각파 구동전류의 진폭조정방법을 설명하기 위한 도면이다. 진폭조정장치(10)로부터의 지시에 따라 레이저 드라이버(4-1, 4-2)는 구동전류의 최대값을 일정값(도 10의 예에서는 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 의해 규정되는 구동전류의 상한값(CL))으로 고정한 채, 구동전류의 최소값을 크게 하거나 혹은 작게 함으로써, 구동전류의 진폭(AMP)을 조정한다. 이렇게 하여, 구동전류의 진폭을 적절한 값을 설 정할 수 있다.FIG. 10 is a view for explaining the amplitude adjustment method of the triangular wave driving current supplied from the laser drivers 4-1 and 4-2 to the semiconductor lasers 1-1 and 1-2. In accordance with the instruction from the
본 실시예와 같이, 삼각파 구동전류의 진폭을 조정함으로써, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값을 같게 할 수 있어, 거리 및 속도의 측정오차를 줄일 수 있다.As in this embodiment, by adjusting the amplitude of the triangular wave driving current, the absolute value of the wavelength change amount of the semiconductor lasers 1-1, 1-2 can be made the same, and the measurement error of distance and speed can be reduced.
한편, 속도확정부(83)가, 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하는 대신, 수학식 6 혹은 수학식 7의 산출결과를 사용하여 속도 절대값을 확정하는 경우, 진폭조정장치(10)는, 속도확정부(83)가 진짜 값이 아니라고 판단하여 채용하지 않은 속도 후보값 Vα5(t) 혹은 Vβ6(t)가, 거리확정부(84)가 진짜 값이고 판단하여 채용한 거리 후보값 Lα5(t) 혹은 Lβ6(t)에 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 대략 같아지도록, 삼각파 구동전류의 진폭을 조정한다. 측정대상(11)이 미소변위상태에서 운동하고 있다고 판정되었을 경우, 속도확정부(83)가 채용하지 않은 속도 후보값은 Vβ6(t)이고, 측정대상(11)이 변위상태에서 운동하고 있다고 판정되었을 경우, 속도확정부(83)가 채용하지 않은 속도 후보값은 Vα5(t)이다. 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 거리확정부(84)가 채용한 거리 후보값은 Lα5(t)이고, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정되었을 경우, 거리확정부(84)가 채용한 거리 후보값은 Lβ6(t)이다.On the other hand, when the
또한, 진폭조정장치(10)는, 상태판정부(82)의 판정결과로부터 속도확정부(83)가 진짜 값이라고 판단하여 채용한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값 혹은 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값이, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 연속성을 유지하도록, 레이저 드라이 버(4-1, 4-2)를 통하여 삼각파 구동전류의 진폭을 조정하여도 된다. 또한, 속도확정부(83)가, 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하는 대신, 수학식 6 혹은 수학식 7의 산출결과를 이용하여 속도 절대값을 확정하는 경우, 진폭조정장치(10)는, 속도확정부(83)가 진짜 값이라고 판단하여 채용한 속도 후보값 Vα5(t) 혹은 Vβ5(t)가, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 연속성을 유지하도록, 삼각파 구동전류의 진폭을 조정하여도 된다.Further, the
한편, 현시점이 제1 발진기간(P1)인지 제2 발진기간(P2)인지는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터 통지되며, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍도 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터 통지되도록 되어 있다. 진폭조정장치(10)는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터의 통지에 따라 동작한다.On the other hand, whether the present time is the first oscillation period P1 or the second oscillation period P2 is notified from the laser drivers 4-1 and 4-2, and the wavelength change of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 is made. The timing at which is switched is also notified from the laser drivers 4-1 and 4-2. The
또한, 진폭조정장치(10)는, 상태판정부(82)의 판정결과로부터 거리확정부(84)가 진짜 값이라고 판단하여 채용한 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값 혹은 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값이, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 연속성을 유지하도록, 삼각파 구동전류의 진폭을 조정하여도 된다. 또한, 거리확정부(84)가, 수학식 8 내지 수학식 11의 산출결과를 이용하는 대신, 수학식 12 또는 수학식 13의 산출결과를 이용하여 거리를 확정하는 경우, 진폭조정장치(10)는, 거리확정부(84)가 진짜 값이라고 판단하여 채용한 거리 후보값 Lα5(t) 혹은 Lβ6(t)가, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 연속성을 유지하도록, 삼각파 구동전류의 진폭을 조정하여도 된다.Further, the
반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 속도 혹은 거리의 산출결과가 연속성을 가지게 하기 위해서는, 예를 들어 최소이승법을 이용하면 좋다. 또한, 진폭조정장치(10)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 속도(혹은 거리)의 산출결과를 잇는 특성선(VL)을 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화가 전환되는 타이밍(SW)의 후까지 연장하고, 이 연장선에 대한 소정 범위(ER) 내에 타이밍(SW) 후의 최초의 속도(혹은 거리)의 산출결과(VV)가 포함되도록 삼각파 구동전류의 진폭을 조정하여도 된다.For example, the least square method may be used in order to have the continuity of the calculation result of the speed or distance before and after the timing at which the wavelength change of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are switched. In addition, as shown in FIG. 11, the
이상과 같이 본 실시예에서는, 반도체 레이저(1-1, 1-2)에 발진파장이 연속적으로 증가하는 제1 발진기간과 발진파장이 연속적으로 감소하는 제2 발진기간을 번갈아 반복시켜, 포토 다이오드(2-1, 2-2)의 출력신호에 포함되는 MHP의 수를 포토 다이오드(2-1)와 포토 다이오드(2-2) 각각에 대하여 세고, 그 계수결과와 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 최소발진파장(λa)과 최대발진파장(λb)으로부터 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 산출할 수 있다. 그 결과, 본 실시예에서는, (a) 장치를 소형화할 수 있고, (b) 고속 회로가 필요하지 않으며, (c) 외란광에 강하고, (d) 측정대상을 가리지 않는다는 종래의 자기결합형 레이저 계측기의 이점을 살리면서, 측정대상(11)과의 거리 뿐만 아니라, 측정대상(11)의 속도로 계측할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 측정대상(11)이 등속도운동을 하고 있는지 등속도운동 이외의 운동을 하고 있는지를 판정할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 alternately repeat the first oscillation period in which the oscillation wavelength is continuously increased and the second oscillation period in which the oscillation wavelength is continuously reduced. The number of MHPs included in the output signals of 2-1 and 2-2 is counted for each of the photodiode 2-1 and the photodiode 2-2, the counting result and the semiconductor laser 1-1, 1 The distance from the
또한, 본 실시예에서는, 발진파장의 증감이 반대가 되는 반도체 레이저(1-1, 1-2)로부터 서로 평행한 레이저광을 측정대상(11)에 동시에 방사시키고, 제1 발진 기간 및 제2 발진기간보다 짧은 제1 계수기간(Pn)에서 포토다이오드(2-1) 또는 포토다이오드(2-2)의 출력에 포함되는 MHP의 수 X를 구하고, 제1 계수기간(Pn)과 같은 시각의 제2 계수기간(Pm)에서 포토다이오드(2-2) 또는 포토 다이오드(2-1)의 출력에 포함되는 MHP의 수 Y를 구함으로써, 일본특허공개 2006-313080호에 기재된 거리/속도계보다 짧은 시간에 거리와 속도를 측정할 수 있다. 일본특허공개 2006-313080호에 기재된 거리/속도계에서는, 예를 들어, 제1 발진기간(t-1)과 제2 발진기간(t)과 제1 발진기간(t+1)의 적어도 3회에 걸쳐 MHP의 수를 세어야 했는데, 본 실시예에서는, 예를 들어, 제1 계수기간(Pn1) 및 제2 계수기간(Pm1)에서 MHP의 수(X, Y)를 1회 세고, 또한 제1 계수기간(Pn2) 및 제2 계수기간(Pm2)에서 MHP의 수(X, Y)를 1회 세면 되어, 총 2회에 걸쳐 MHP의 수를 세는 것에 의해 거리와 속도를 구할 수 있다.In addition, in this embodiment, laser beams parallel to each other are simultaneously radiated to the
또한, 본 실시예에서는, 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화량의 절대값을 같게 함으로써, 거리 및 속도의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.In this embodiment, the measurement accuracy of distance and speed can be improved by making the absolute value of the wavelength change amount of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 the same.
[제2 실시예]Second Embodiment
이어서, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서도 거리/속도계의 전체 구성은 제1 실시예와 같기 때문에, 도 1의 부호를 사용하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 제2 실시예에서의 계수장치(7)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 13은 이 계수장치(7)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 본 실시예의 계수장치(7)는, 전환스위치(70a)와, 판정부(73-1, 73-2)와, 논리곱 연산부(AND)(74-1, 74-2)와, 카운터(75-1, 75-2)와, 계수결과 보정부(76-1, 76-2)와, 기억부(77)와, 주기합 산출부(78-1, 78-2)와, 개수산출부(79-1, 79-2)로 구성된다.Next, a second embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, since the overall configuration of the distance / speedometer is the same as that of the first embodiment, the description will be made using the symbols in FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of the
도 14는 계수결과 보정부(76-1)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 계수결과 보정부(76-1)는, 주기측정부(760)와, 도수분포 작성부(761)와, 중앙값 산출부(762)와, 보정값 산출부(763)로 구성된다. 계수결과 보정부(76-2)의 구성은 계수결과 보정부(76-1)와 같으므로 설명은 생략한다.14 is a block diagram showing an example of the configuration of the coefficient result correcting unit 76-1. The count result correcting unit 76-1 includes a
도 15의 (a) 내지 (f)는 본 실시예의 계수장치(7)의 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 15의 (a)는 필터회로(6-1, 6-2)의 출력전압의 형상 즉, MHP의 파형을 모식적으로 나타내는 도면, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)에 대응하는 판정부(73-1, 73-2)의 출력을 나타내는 도면, 도 15의 (c)는 계수장치(7)에 입력되는 게이트 신호(GS)를 나타내는 도면, 도 15의 (d)는 도 15의 (b)에 대응하는 카운터(75-1)의 계수결과를 나타내는 도면, 도 15의 (e)는 계수장치(7)에 입력되는 클럭신호(CLK)를 나타내는 도면, 도 15의 (f)는 도 15의 (b)에 대응하는 계수결과 보정부(76-1)의 주기측정부(760)의 측정결과를 나타내는 도면이다. 한편, 도 15의 (a) 내지 (f)에서는 반도체 레이저(1-1)의 발진파장이 증가하고, 반도체 레이저(1-2)의 발진파장이 감소하는 제1 발진기간(P1)에 대한 동작을 나타내고 있다.15A to 15F are diagrams for explaining the operation of the
먼저, 계수장치(7)의 전환스위치(70a)는 전환시인지 여부를 판정하고(도 13의 단계 S300), 전환시이면 필터회로(6-1, 6-2)의 출력과 판정부(73-1, 73-2)와의 접속을 전환한다(단계 S301). 전환스위치(70a)의 전환은 삼각파의 주기(T)의 1/2 시간마다 발생한다. 즉, 전환스위치(70a)는, 제1 발진기간(P1)에는 필터회로(6-1)의 출력을 판정부(73-1)의 입력에 접속하고, 필터회로(6-2)의 출력을 판정부(73-2) 에 접속하며, 제2 발진기간(P2)에는 필터회로(6-2)의 출력을 판정부(73-1)의 입력에 접속하고, 필터회로(6-1)의 출력을 판정부(73-2)에 접속한다(단계 S301).First, the
결국, 판정부(73-1)에는 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 증가하고 있는 쪽의 반도체 레이저(1-1) 또는 반도체 레이저(1-2)에 대응하는 출력이 항상 입력되고, 판정부(73-2)에는 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력 중, 발진파장이 감소하고 있는 쪽의 반도체 레이저(1-1) 또는 반도체 레이저(1-2)에 대응하는 출력이 항상 입력되도록 되어 있다. 한편, 현시점이 제1 발진기간(P1)인지 제2 발진기간(P2)인지는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터 통지되도록 되어 있다. 전환스위치(70a)는 레이저 드라이버(4-1, 4-2)로부터의 통지에 따라 전환동작을 한다.As a result, the determination unit 73-1 has the semiconductor laser 1-1 or the semiconductor laser 1-1 on which the oscillation wavelength is increasing among the outputs of the filter circuit 6-1 or the filter circuit 6-2. The output corresponding to 2) is always input, and the
계수장치(7)의 판정부(73-1)는, 도 15의 (a)에 나타내는 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력전압이 하이레벨(H)인지 로우레벨(L)인지를 판정하여, 도 15의 (b)와 같은 판정결과를 출력한다. 이 때, 판정부(73-1)는 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력전압이 상승하여 문턱값(TH1) 이상이 되었을 때 하이레벨이라고 판정하고, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력전압이 하강하여 문턱값(TH2)(TH2<TH1) 이하가 되었을 때 로우레벨이라고 판정함으로써, 필터회로(6-1) 또는 필터회로(6-2)의 출력을 2치화한다(도 13의 단계 S302). 마찬가지로, 판정부(73-2)는 필터회로(6-2) 또는 필터회로(6-1)의 출력을 2치화한다(단계 S302).The judging unit 73-1 of the
AND(74-1)는 판정부(73-1)의 출력과 도 15의 (c)와 같은 게이트 신호(GS)의 논리곱 연산 결과를 출력하고, 카운터(75-1)는 도 15의 (d)에 나타내는 바와 같이 AND(74-1)의 출력 상승을 카운트한다(도 13의 단계 S303). 마찬가지로, AND(74-2)는 판정부(73-2)의 출력과 게이트 신호(GS)의 논리곱 연산 결과를 출력하고, 카운터(75-2)는 AND(74-2)의 출력 상승을 카운트한다(단계 S303). 여기서, 게이트 신호(GS)는 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)의 선두에서 상승하고, 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)의 종단에서 하강하는 신호이다. 따라서, 카운터(75-1, 75-2)는 제1, 제2 계수기간(Pn, Pm) 중 AND(74-1, 74-2)의 출력의 상승 엣지의 수(즉, MHP의 상승 엣지의 수)를 세게 된다. 제1 계수기간(Pn) 및 제2 계수기간(Pm)의 정의는 도 6의 (a) 내지 (d)에서 설명한 바와 같다.The AND 74-1 outputs the output of the determination unit 73-1 and the logical product operation result of the gate signal GS as shown in FIG. 15C, and the counter 75-1 outputs the result of FIG. As shown in d), the output rise of the AND 74-1 is counted (step S303 in Fig. 13). Similarly, the AND 74-2 outputs the result of the AND operation of the output of the determination unit 73-2 and the gate signal GS, and the counter 75-2 outputs the output rise of the AND 74-2. It counts (step S303). Here, the gate signal GS rises at the beginning of the first counting period Pn and the second counting period Pm, and descends at the end of the first counting period Pn and the second counting period Pm. to be. Accordingly, the counters 75-1 and 75-2 are used to determine the number of rising edges (ie, rising edges of the MHP) of the outputs of the ANDs 74-1 and 74-2 during the first and second counting periods Pn and Pm. Is counted). Definition of the first counting period Pn and the second counting period Pm is as described with reference to FIGS. 6A to 6D.
한편, 계수결과 보정부(76-1)의 주기측정부(760)는, 제1 계수기간(Pn) 중 AND(74-1)의 출력의 상승 엣지의 주기(즉, MHP의 주기)를 AND(74-1)의 출력에 상승 엣지가 발생할 때마다 측정하다(도 13의 단계 S304). 이 때, 주기측정부(760)는, 도 15의 (e)에 나타내는 클럭신호(CLK)의 주기를 1단위로 하여 MHP의 주기를 측정한다. 도 15의 (f)의 예에서 주기측정부(760)는, MHP의 주기로서 Tα, Tβ, Tγ를 차례로 측정하고 있다. 도 15의 (e), (f)로부터 명백하듯이, 주기 Tα, Tβ, Tγ의 크기는 각각 5클럭, 4클럭, 2클럭이다. 클럭신호(CLK)의 주파수는 MHP가 취득하는 최고주파수에 대하여 충분히 높은 것으로 한다.On the other hand, the
마찬가지로, 계수결과 보정부(76-2)의 주기측정부(760)는, 제2 계수기간(Pm) 중 AND(74-2)의 출력의 상승 엣지의 주기(즉, MHP의 주기)를 AND(74-2)의 출력에 상승 엣지가 발생할 때마다 측정하다(단계 S304). Similarly, the
기억부(77)는 카운터(75-1, 75-2)의 계수결과와 계수결과 보정부(76-1, 76- 2) 각각의 주기측정부(760)의 측정결과를 기억한다.The
게이트 신호(GS)가 하강하고, 제1 계수기간(Pn)이 종료한 후, 계수결과 보정부(76-1)의 도수분포 작성부(761)는, 기억부(77)에 기억된 계수결과 보정부(76-1)의 주기측정부(760)의 측정결과로부터 제1 계수기간(Pn) 중의 MHP의 주기의 도수분포를 작성한다(도 13의 단계 S305). 마찬가지로, 제2 계수기간(Pm)이 종료한 후, 계수결과 보정부(76-2)의 도수분포 작성부(761)는, 계수결과 보정부(76-2)의 주기측정부(760)의 측정결과로부터 제2 계수기간(Pm) 중의 MHP의 주기의 도수분포를 작성한다(단계 S305). 한편, n이 작을 때는 중앙값을 구하기 위한 도수가 적고, 중앙값을 구하는 정밀도가 떨어지기 때문에, 제1 계수기간(Pn) 중의 MHP의 주기의 중앙값을 구할 때의 도수분포는 Pn보다 이전의 주기도 사용하면 연속된 노이즈에 강해진다.After the gate signal GS falls and the first counting period Pn ends, the frequency
이어서, 계수결과 보정부(76-1)의 중앙값 산출부(762)는, 계수결과 보정부(76-1)의 도수분포 작성부(761)가 작성한 도수분포로부터, 제1 계수기간(Pn) 중의 MHP의 주기의 중앙값(median)(T0)을 산출한다(도 13의 단계 S306). 마찬가지로, 계수결과 보정부(76-2)의 중앙값 산출부(762)는, 계수결과 보정부(76-2)의 도수분포 작성부(761)가 작성한 도수분포로부터, 제2 계수기간(Pm) 중의 MHP의 주기의 중앙값(T0)을 산출한다(단계 S306). Subsequently, the median
계수결과 보정부(76-1)의 보정값 산출부(763)는, 계수결과 보정부(76-1)의 도수분포 작성부(761)가 작성한 도수분포로부터, 제1 계수기간(Pn) 중의 주기의 중앙값(T0)의 0.5배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 제1 계수기간(Pn) 중의 주기 의 중앙값(T0)의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 카운터(75-1)의 계수결과를 다음 수학식 16과 같이 보정한다(도 13의 단계 S307).The correction
수학식 16에서 N은 카운터(75-1)의 계수결과인 MHP의 수, N′는 보정후의 계수결과이다.In Equation 16, N is the number of MHPs that are counting results of the counter 75-1, and N 'is counting result after correction.
마찬가지로, 계수결과 보정부(76-2)의 보정값 산출부(763)는, 계수결과 보정부(76-2)의 도수분포 작성부(761)가 작성한 도수분포로부터, 제2 계수기간(Pm) 중의 주기의 중앙값(T0)의 0.5배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 제2 계수기간(Pm) 중의 주기의 중앙값(T0)의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 카운터(75-2)의 계수결과를 수학식 16과 같이 보정한다(단계 S307).Similarly, the correction
도 16에 MHP의 주기의 도수분포의 일례를 나타낸다. 도 16에서 Ts는 MHP의 주기의 중앙값(T0)의 0.5배의 계급값, Tw는 중앙값(T0)의 1.5배의 계급값이다. 도 16에서의 계급이 MHP의 주기의 대표값인 것은 말할 필요도 없다. 한편, 도 16에서는 기재를 간략하게 하기 위하여 중앙값(T0)과 Ts의 사이, 및 중앙값(T0)과 Tw의 사이의 도수분포를 생략하였다.16 shows an example of the frequency distribution of the period of the MHP. In FIG. 16, Ts is a class value 0.5 times the median value T0 of the period of the MHP, and Tw is a class value 1.5 times the median value T0. It goes without saying that the rank in Fig. 16 is a representative value of the period of the MHP. In addition, in FIG. 16, the frequency distribution between the median value T0 and Ts and between the median value T0 and Tw is abbreviate | omitted in order to simplify description.
도 17의 (a) 및 (b)는 카운터(75-1, 75-2)의 계수결과의 보정원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 17의 (a)는 필터회로(6-1)의 출력전압의 파형 즉, MHP의 파형을 모식적으로 나타내는 도면, 도 17의 (b)는 도 17의 (a)에 대응하는 카운터(75-1)의 계수결과를 나타내는 도면이다.17A and 17B are diagrams for explaining the principle of correction of the counting results of the counters 75-1 and 75-2, and FIG. 17A shows the output of the filter circuit 6-1. FIG. 17B is a diagram schematically showing the waveform of the voltage, that is, the waveform of the MHP. FIG. 17B is a diagram showing the counting result of the counter 75-1 corresponding to FIG.
본래, MHP의 주기는 측정대상(11)과의 거리에 따라 다른데, 측정대상(11)과의 거리가 변하지 않으면, MHP는 같은 주기로 출현한다. 하지만, 노이즈 때문에, MHP의 파형에 결락이 생기거나, 신호로서 세지 말아야 할 파형이 발생하여, MHP의 수에 오차가 발생한다.Originally, the period of the MHP varies depending on the distance from the
신호의 결락이 생기면, 결락이 생긴 부분에서의 MHP의 주기(Tw)는 본래 주기의 약 2배가 된다. 결국, MHP의 주기가 중앙값(T0)의 약 2배 이상인 경우에는, 신호에 결락이 발생하였다고 판단할 수 있다. 그래서, 주기(Tw) 이상의 계급의 도수의 총합(Nw)을 신호가 결락한 횟수로 보고, 이 Nw를 카운터(75-1)의 계수결과(N)에 가산함으로써 신호의 결락을 보정할 수 있다.When a signal is lost, the period Tw of the MHP at the missing portion is about twice the original period. As a result, when the period of the MHP is about twice or more than the median value T0, it can be determined that a missing signal has occurred in the signal. Therefore, by seeing the total number Nw of the frequencies of the class Tw or more as the number of times the signal is missing, the signal missing can be corrected by adding this Nw to the count result N of the counter 75-1. .
또한, 노이즈를 카운트한 부분에서의 MHP의 주기(Ts)는 본래 주기의 약 0.5배가 된다. 결국, MHP의 주기가 중앙값(T0)의 약 0.5배 이하인 경우에는, 신호를 과잉으로 세었다고 판단할 수 있다. 그래서, 주기(Ts) 이하의 계급의 도수의 총합(Ns)을 신호를 과잉으로 센 횟수로 보고, 이 Ns를 카운터(75-1)의 계수결과(N)로부터 뺌으로써 잘못 센 노이즈를 보정할 수 있다.In addition, the period Ts of the MHP at the portion where the noise is counted becomes about 0.5 times the original period. As a result, when the period of the MHP is about 0.5 times or less of the median value T0, it can be determined that the signal is excessively counted. Thus, by counting the total number Ns of the frequency of the rank below the period Ts as the number of times the signal is excessively counted, and subtracting this Ns from the count result N of the counter 75-1, the wrong counted noise can be corrected. Can be.
이상이 수학식 16에 나타낸 계수결과의 보정원리이다. 카운터(75-2)의 계수결과도 같은 원리로 보정할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 Ts를 주기의 중앙값(T0)의 0.5배의 값으로 하고, Tw를 중앙값(T0)의 2배의 값으로 하지 않고 1.5배의 값으로 하였는데, 1.5배로 한 이유에 대해서는 후술하기로 한다.The above is the principle of correction of the coefficient result shown in equation (16). The counting result of the counter 75-2 can also be corrected on the same principle. In the present embodiment, Ts is 0.5 times the median value T0 of the period, and Tw is 1.5 times the value of 2 times the median value T0. Let's do it.
이어서, 계수장치(7)의 주기합 산출부(78-1)는, 기억부(77)에 기억된 계수결과 보정부(76-1)의 주기측정부(760)의 측정결과로부터 제1 계수기간(Pn) 중의 MHP 의 주기의 총합(Sum)을 산출한다(도 13의 단계 S308). 마찬가지로, 주기합 산출부(78-2)는, 계수결과 보정부(76-2)의 주기측정부(760)의 측정결과로부터 제2 계수기간(Pm) 중의 MHP의 주기의 총합(Sum)을 산출한다(단계 S308).Subsequently, the period sum calculator 78-1 of the
계수장치(7)의 개수산출부(79-1)는 제1 계수기간(Pn) 중의 단위시간당 MHP의 수 X(발진파장이 증가하고 있는 쪽의 반도체 레이저의 간섭파형의 수)를 산출하고, 개수산출부(79-2)는 제2 계수기간(Pm) 중의 단위시간당 MHP의 수 Y(발진파장이 감소하고 있는 쪽의 반도체 레이저의 간섭파형의 수)를 산출한다(도 13의 단계 S309). 개수산출부(79-1)는, 계수결과 보정부(76-1)의 보정값 산출부(763)에 의해 산출된 보정후의 계수결과(N′)를 주기합 산출부(78-1)에 의해 산출된 제1 계수기간 중의 MHP의 주기의 총합(Sum)으로 나눔으로써, 제1 계수기간(Pn) 중의 단위시간당 MHP의 수 X를 산출한다.The number calculating unit 79-1 of the
마찬가지로, 개수산출부(79-2)는, 계수결과 보정부(76-2)의 보정값 산출부(763)에 의해 산출된 보정후의 계수결과(N′)를 주기합 산출부(78-2)에 의해 산출된 제2 계수기간 중의 MHP의 주기의 총합(Sum)으로 나눔으로써, 제2 계수기간(Pm) 중의 단위시간당 MHP의 수 Y를 산출한다.Similarly, the number calculating unit 79-2 cycles the count result N ′ after the correction calculated by the correction
계수장치(7)는 이상과 같은 처리를 제1, 제2 계수기간(Pn, Pm) 마다 실시한다. 따라서, 판정부(73-1), AND(74-1), 카운터(75-1), 계수결과 보정부(76-1), 기억부(77), 주기합 산출부(78-1) 및 개수산출부(79-1)의 동작에 의해 MHP의 수 X가 산출되는 동시에, 판정부(73-2), AND(74-2), 카운터(75-2), 계수결과 보정부(76-2), 기억부(77), 주기합 산출부(78-2) 및 개수산출부(79-2)의 동작에 의해 MHP의 수 Y가 산출되는 식으로 MHP의 수 X, Y가 동시에 구해진다.The
계수장치(7) 이외의 구성은 제1 실시예와 같다. 본 실시예에서는 계수기간 중의 MHP의 주기를 측정하고, 이 측정결과로부터 계수기간 중의 MHP의 주기의 도수분포를 작성하며, 도수분포로부터 MHP의 주기의 중앙값을 산출하고, 도수분포로부터 중앙값의 0.5배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 중앙값의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하여, 이들 총합 Ns와 Nw에 근거하여 카운터의 계수결과를 보정함으로써 MHP의 계수오차를 보정할 수 있기 때문에, 제1 실시예에 비하여 거리 및 속도의 측정정밀도를 향상시킬 수 있다.Configurations other than the
이어서, 본 실시예에서 MHP의 기준주기로서 주기의 도수분포의 중앙값을 이용하는 이유, 및 도수(Nw)를 구할 때의 주기의 문턱값을 중앙값의 1.5배로 하는 이유에 대하여 설명한다.Next, the reason why the median of the frequency distribution of the cycle is used as the reference period of the MHP in this embodiment, and the reason why the threshold value of the cycle when obtaining the frequency Nw is 1.5 times the median will be explained.
먼저, 노이즈를 잘못 세었기 때문에, MHP의 주기가 2분할된 경우의 계수결과의 보정에 대하여 설명한다. 반도체 레이저의 발진파장변화가 선형인 경우, MHP의 주기는 계수기간을 MHP의 수(N)로 나눈 T0을 중심으로 하여 정규분포한다(도 18).First, since the noise is counted incorrectly, correction of the counting result when the period of the MHP is divided into two will be described. When the oscillation wavelength change of the semiconductor laser is linear, the period of the MHP is normally distributed centering on T0 obtained by dividing the counting period by the number N of the MHP (FIG. 18).
이어서, 노이즈에 의해 2분할된 MHP의 주기를 생각한다. 노이즈를 과잉으로 센 결과로서 2분할된 MHP의 주기는 불규칙적인 비율로 2분할되는데, 분할되기 전의 주기가 T0을 중심으로 한 정규분포이기 때문에, 0.5T0에 대하여 대칭인 도수분포가 된다(도 19의 a).Next, the period of MHP divided into two by noise is considered. As a result of excessively counting the noise, the period of the MHP divided into two is divided into two at an irregular rate. Since the period before the division is a normal distribution centering on T0, the frequency distribution is symmetric about 0.5T0 (Fig. 19). A).
이 노이즈를 포함하는 MHP의 주기의 도수분포에 대하여 MHP의 k%가 노이즈에 의해 주기가 2분할되었다고 가정하였을 때, MHP의 주기의 평균값 및 중앙값을 산출한다.With respect to the frequency distribution of the period of the MHP containing this noise, assuming that k% of the MHP is divided into two periods by noise, the average value and the median value of the period of the MHP are calculated.
모든 주기의 합은 계수기간이고, 변하지는 않지만, MHP의 k%가 노이즈에 의해 주기가 2분할되면, 도수의 적분값은 (1+k[%])N이 되기 때문에, MHP의 주기의 평균값은 (1/(1+k[%]))T0이 된다.The sum of all the periods is the counting period, but does not change, but if the k% of the MHP is divided into two periods by noise, the integral value of the frequency becomes (1 + k [%]) N, so the average value of the period of the MHP Becomes (1 / (1 + k [%])) T0.
한편, 노이즈의 분포에서 정규분포에 겹친 부분을 무시하였을 경우, 2분할된 노이즈의 누적도수는 중앙값과 T0 사이의 계급에 포함되는 도수의 2배가 되기 때문에, MHP의 주기의 중앙값은 도 20의 b의 면적이 a의 면적의 2배가 되는 위치가 된다.On the other hand, when ignoring the overlapping portion of the normal distribution in the noise distribution, since the cumulative frequency of the divided noise is twice the frequency contained in the rank between the median value and T0, the median value of the MHP period is shown in FIG. The area of b becomes twice the area of a.
마이크로소프트사의 소트프웨어인 엑셀(등록상표)에 정규분포의 평균값으로부터 ασ사이의 양측값의 내부비율이 '(1-(1-NORMSDIST(α))*2)*100[%]'로 표현되는 NORMSDIST()라는 함수가 있으며, 이 함수를 이용하면, MHP의 주기의 중앙값을 아래의 식으로 나타낼 수 있다.The internal ratio of the two-sided values between the average value of the normal distribution and the ασ in Excel (registered trademark) of Microsoft's software is expressed as '(1- (1-NORMSDIST (α)) * 2) * 100 [%]'. There is a function called (), and using this function, the median value of the MHP period can be expressed by the following equation.
이상을 근거로, 표준편차(σ)를 0.02T0으로 하고, MHP의 10%가 노이즈에 의해 주기가 2분할되었다고 했을 때의 MHP의 주기의 평균값(T0′) 및 중앙값(T0′)을 산출하면, 아래와 같이 된다.Based on the above, if the standard deviation (σ) is set to 0.02T0, and the average value (T0 ') and the median value (T0') of the MHP cycle are calculated when 10% of the MHP is divided into two periods due to noise, , Becomes
한편, 여기서는 평균값, 중앙값을 모두 T0′로 나타내는 것으로 한다. 카운터값(도수의 적분값)은 1.1N이 되며, 카운트 오차는 10%가 된다.In addition, it is assumed here that both an average value and a median value are represented by T0 '. The counter value (the integral value of the frequency) is 1.1N, and the count error is 10%.
여기서, 어느 주기(Ta)의 MHP가 2분할된 후의 2개의 주기(T1, T2)(T1≥T2로 함)의 취득기간의 확률을 생각한다. 노이즈가 불규칙적으로 발생한다고 가정하면, 도 21에 나타내는 바와 같이 T2는 0<T2≤Ta/2의 값을 같은 확률로 취득한다. T1도 마찬가지로 T/2≤T1<Ta의 값을 같은 확률로 취득한다. 도 21에서의 T1의 취득확률 분포의 면적과 T2의 취득확률 분포의 면적은 모두 1이다.Here, the probability of the acquisition period of two cycles T1 and T2 (where T1? T2) after the MHP of a period Ta is divided into two is considered. Assuming that noise occurs irregularly, as shown in Fig. 21, T2 acquires a value of 0 < T2 < Similarly, T1 acquires the value of T / 2≤T1 <Ta with the same probability. In FIG. 21, both the area of the acquisition probability distribution of T1 and the area of the acquisition probability distribution of T2 are 1.
주기(Ta)는 T0을 중심으로 한 정규분포를 하고 있기 때문에, Ta를 집합으로서 파악하면, T2의 취득확률의 도수분포는, 평균값이 0.5T0, 표준편차 0.5σ인 정규분포의 누적 도수분포와 같은 형상이 된다.Since the period Ta is a normal distribution centering on T0, when Ta is regarded as a set, the frequency distribution of the probability of acquisition of T2 is equal to the cumulative frequency distribution of the normal distribution with an average value of 0.5T0 and a standard deviation of 0.5σ. The same shape.
또한, 도 22에 나타내는 바와 같이, T1의 취득확률의 도수분포는, 평균값이 0.5T0, 표준편차 0.5σ인 정규분포의 누적 도수분포와, 평균값이 T0, 표준편차σ인 정규분포의 누적 도수분포를 겹친 형상이 된다. 여기서, T1, T2 각각의 수는 주기가 2분할된 MHP의 수 k[%]·N과 같다.As shown in Fig. 22, the frequency distribution of the acquisition probability of T1 is a cumulative frequency distribution of a normal distribution having an average value of 0.5T0 and a standard deviation of 0.5σ, and a cumulative frequency distribution of a normal distribution having an average value of T0 and a standard deviation of σ. The overlapping shape becomes. Here, the number of T1 and T2 is equal to the number k [%] · N of the MHPs whose cycles are divided into two.
노이즈에 의해 주기가 2분할된 MHP의 수 k[%]·N을 셀 수 있다면, 아래의 수학식 21을 이용하여 MHP의 수(N)를 도출할 수 있다.If the number k [%] · N of the MHP whose period is divided by the noise can be counted, the number N of the MHPs can be derived using Equation 21 below.
도 23에 나타내는 바와 같이, Tb 이하의 주기를 가지는 MHP의 수(Ns)가 2분할된 MHP의 수(k[%]·N)와 같아지도록 Tb를 설정할 수 있으면, Tb 이하의 주기를 가지는 MHP의 수(Ns)를 셈으로써 주기가 2분할된 MHP의 수(k[%]·N)를 간접적으로 셀 수 있다.As shown in Fig. 23, if Tb can be set such that the number Ns of MHPs having a period of Tb or less is equal to the number (k [%]. N) of two divided MHPs, the MHP having a period of Tb or less By counting the number Ns, it is possible to indirectly count the number (k [%] · N) of the MHP whose cycle is divided into two.
도 23에서, Tb 이상의 주기를 가지는 MHP의 주기(T2)의 도수(도 23의 c)와 Tb 미만의 주기를 가지는 MHP의 주기(T1)의 도수(도 23의 d)가 같아질 때, Tb 이하의 주기를 가지는 MHP의 수는, T2의 수 즉, 주기가 2분할된 MHP의 수(Ns)(=k[%]·N)와 같아진다. 결국, MHP의 수(N)는 아래의 식으로 나타낼 수 있다.In Fig. 23, when the frequency of the period T2 of the MHP having a period of Tb or more (c in Fig. 23) and the frequency of the period T1 of the MHP having a period less than Tb (d in Fig. 23), Tb The number of MHPs having the following period is equal to the number of T2, that is, the number Ns (= k [%] · N) of MHPs in which the period is divided into two. As a result, the number N of MHPs can be expressed by the following equation.
T1 및 T2의 도수형상은 0.5Ta에서 대칭 형상이기 때문에, 0.5Ta를 문턱값으로 하여 판단하면, 주기가 2분할된 MHP의 도수(Ns)(= k[%]·N)를 정확하게 셀 수 있다.Since the frequencies of T1 and T2 are symmetrical at 0.5Ta, when 0.5Ta is determined as the threshold, the frequency Ns (= k [%] · N) of the MHP whose cycle is divided into two can be accurately counted. .
이어서, 0.5T0 이하의 주기를 가지는 MHP의 수를 셈으로써 주기가 2분할된 MHP의 수(k[%]·N)를 간접적으로 셀 수 있는데, 노이즈를 포함하는 MHP의 주기의 도수분포(도 19)로부터는 T0을 산출할 수가 없다. MHP의 모(母)집단이 도 19의 도수분포와 같이 최빈값(mode)이 T0과 같아질수록 이상적이며 모수(母數)가 크면, 최빈값을 T0′로 하여 이용할 수 있다.Subsequently, by counting the number of MHPs having periods of 0.5T0 or less, the number (k [%]. N) of MHPs divided into two periods can be indirectly counted. The frequency distribution of the periods of MHP containing noise (Fig. 19 cannot calculate T0. As shown in the frequency distribution of FIG. 19, the mother group of the MHP is ideal as the mode is equal to T0, and when the parameter is large, the mode can be used as T0 '.
여기서는, 평균값 또는 중앙값(T0′)을 이용한 MHP의 수(k[%]·N)의 계수에 대하여 기재한다. T0′=y·T0로 나타내고, T0 대신 T0′를 대입하여 Ns를 구하면, 주기가 2분할된 MHP의 수로서 판단하는 0.5T0′보다 작은 주기의 도수(Ns′)는 y·k[%]·N이 된다(도 24).Here, the coefficient of the number (k [%]. N) of MHP using an average value or median value T0 'is described. When T0 '= yT0 is substituted and Ns is obtained by substituting T0' instead of T0, the frequency Ns 'of cycles smaller than 0.5T0' which is determined as the number of MHPs divided into two periods is y · k [%]. It becomes N (FIG. 24).
평균값 또는 중앙값(T0′)을 이용하였을 경우, 보정후의 카운트값(Nt)은 아래와 같이 나타내어진다.When the average value or median value T0 'is used, the count value Nt after correction is expressed as follows.
한편, 보정후의 오차인 (1-y)k[%])N은 도 25의 e 부분의 도수이다.On the other hand, (1-y) k [%]) N, which is an error after correction, is the frequency of part e in FIG.
여기서, 평균값 또는 중앙값(T0′)을 이용한 카운터(75-1, 75-2)의 계수결과의 보정예에 대하여 설명한다.Here, an example of correcting the counting result of the counters 75-1 and 75-2 using the average value or the median value T0 'will be described.
표준편차를 σ=0.02T0로 하고, MHP의 10%가 노이즈에 의해 주기가 2분할되었다고 하면(계수결과는 10%의 오차), MHP의 주기의 평균값(T0′)은 0.91T0, 중앙값(T0′)은 0.9949T0이기 때문에, 평균값(T0′)을 이용하는 경우의 y는 0.91, 중앙값(T0′)을 이용하는 경우의 y는 0.9949이고, 보정후의 계수결과(N′)는 아래와 같이 산출된다.If the standard deviation is sigma = 0.02T0 and 10% of the MHP is divided into two periods due to noise (the coefficient result is 10% error), the mean value (T0 ') of the MHP period is 0.91T0 and the median value (T0). ′) Is 0.9949T0, so that y when the average value T0 'is used is 0.91 and y when the median value T0' is used is 0.9949, and the coefficient result N 'after correction is calculated as follows.
수학식 24는 평균값(T0′)를 이용한 경우의 보정후의 계수결과(N′)를 나타 내고, 수학식 25는 중앙값(T0′)을 이용한 경우의 보정후의 계수결과(N′)를 나타내고 있다. 평균값(T0′)을 이용한 경우의 계수결과(N′)의 오차는 0.9%이고, 중앙값(T0′)을 이용한 경우의 계수결과(N′)의 오차는 0.05%이다.Equation (24) shows the counting result (N ') after correction in the case of using the average value (T0'), and (25) shows the counting result (N ') after correction in the case of using the median value (T0'). The error in the counting result N 'when the average value T0' is used is 0.9%, and the error in the counting result N 'when the median value T0' is used is 0.05%.
이어서, 표준편차를 σ=0.05T0로 하고, MHP의 20%가 노이즈에 의해 주기가 2분할되었다고 하면(계수결과는 20%의 오차), MHP의 주기의 평균값(T0′)은 0.83T0, 중앙값(T0′)은 0.9682T0이기 때문에, 평균값(T0′)을 이용하는 경우의 y는 0.83, 중앙값(T0′)을 이용하는 경우의 y는 0.968이고, 보정후의 계수결과(N′)는 아래와 같이 산출된다.Subsequently, if the standard deviation is sigma = 0.05T0 and 20% of the MHP is divided into two periods due to noise (the coefficient result is 20% error), the mean value (T0 ') of the MHP period is 0.83T0, the median value. Since (T0 ') is 0.9682T0, y when the average value T0' is used is 0.83, y when the median value T0 'is used is 0.968, and the coefficient result N' after correction is calculated as follows. .
수학식 26은 평균값(T0′)를 이용한 경우의 보정후의 계수결과(N′)를 나타내고, 수학식 27은 중앙값(T0′)을 이용한 경우의 보정후의 계수결과(N′)를 나타내고 있다. 평균값(T0′)을 이용한 경우의 계수결과(N′)의 오차는 3.4%이고, 중앙값(T0′)을 이용한 경우의 계수결과(N′)의 오차는 0.64%이다.Equation 26 shows the counting result N 'after correction when the average value T0' is used, and Equation 27 shows the counting result N 'after correction when the median value T0' is used. The error in the counting result N 'when the average value T0' is used is 3.4%, and the error in the counting result N 'when the median value T0' is used is 0.64%.
이상으로부터, MHP의 주기의 중앙값을 사용하여 계수결과(N)를 보정하면, 보정후의 계수결과(N′)의 오차를 줄일 수 있는 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that by correcting the counting result N using the median value of the period of the MHP, the error of the counting result N 'after the correction can be reduced.
이어서, MHP의 파형에 결락이 생겼을 경우의 계수결과의 보정에 대하여 설명한다. MHP의 강도가 작아서 계수시에 결락이 생겼을 경우의 MHP의 주기는, 본래 MHP의 주기가 T0을 중심으로 한 정규분포이기 때문에, 평균값이 2T0, 표준편차 2σ인 정규분포(도 26의 f)가 된다. j[%]의 MHP가 결락하였다고 하면, 그 결락에 의해 주기가 2배가 된 MHP의 주기의 도수는 Nw(=j[%]·N)이다. 또한, 계수시의 결락에 의해 감소한 후의 대략 T0의 주기의 도수는, 도 26에 나타내는 g이고, 도 26의 h로 나타내는 도수의 감소분은 2Nw(=2j[%])이다. 따라서, 계수시에 MHP의 결락이 발생하지 않았을 경우의 본래의 MHP의 수(N′)는 아래의 식으로 나타낼 수 있다.Next, correction | amendment of the count result in the case where a missing | missing arises in the waveform of MHP is demonstrated. The period of MHP when the strength of MHP is small and a defect occurs at the time of counting is normally a normal distribution centering on T0 of MHP, so that a normal distribution (f in Fig. 26) having an average value of 2T0 and a standard deviation of 2σ is shown. do. If the MHP of j [%] is missing, the frequency of the period of the MHP which has doubled due to the missing is Nw (= j [%] · N). Incidentally, the frequency of the period of approximately T0 after the decrease due to the missing time at the time of counting is g shown in FIG. 26, and the decrease in frequency shown by h in FIG. 26 is 2Nw (= 2j [%]). Therefore, the original number (N ') of MHPs when no missing MHP occurs at the time of counting can be expressed by the following equation.
이어서, 계수결과를 보정하기 위한 Nw를 셀 때의 주기의 문턱값에 대하여 생각한다. 여기서, 계수시의 결락에 의해 주기가 2배가 된 MHP의 주기의 도수(Nw) 중, 노이즈에 의해 p[%]가 2분할된 경우를 가정한다. 결락한 MHP 중 2분할된 MHP의 주기의 도수는 Nw′(=j·p[%]·N)이다. 다시 2분할된 MHP의 주기의 도수분포는 도 27과 같이 된다. Nw로 가정한 주기의 문턱값을 1.5T0으로 하면, 주기가 0.5T0 이하인 MHP의 주기의 도수는 0.5Nw′(=0.5p[%]·Nw), 주기가 0.5T0에서 1.5T0인 MHP의 주기의 도수는 Nw′(=p[%]·Nw), 주기가 1.5T0 이상인 MHP의 주기의 도수는 0.5Nw′(=0.5p[%]·Nw)가 된다.Next, the threshold value of the period when counting Nw for correcting the counting result is considered. Here, suppose that p [%] is divided into two by the noise in the frequency Nw of the period of the MHP where the period is doubled due to the lack of counting. The frequency of the period of two divided MHPs among missing MHPs is Nw '(= j.p [%]. N). The frequency distribution of the cycle of MHP divided into two is as shown in FIG. 27. If the threshold of the period assumed to be Nw is 1.5T0, the frequency of the MHP cycle whose cycle is 0.5T0 or less is 0.5Nw '(= 0.5p [%] Nw), and the cycle of the MHP whose cycle is 0.5T0 to 1.5T0. The frequency of is Nw '(= p [%] · Nw), and the frequency of the cycle of MHP having a period of 1.5T0 or more is 0.5Nw' (= 0.5p [%] · Nw).
따라서, 모든 MHP의 주기의 도수분포는 도 28과 같이 되며, Ns의 문턱값을 0.5T0, Nw의 문턱값을 1.5T0으로 하면, 계수결과(N)는 아래의 식으로 나타낼 수 있다.Therefore, the frequency distribution of all MHP periods is as shown in FIG. 28. When the threshold value of Ns is 0.5T0 and the threshold value of Nw is 1.5T0, the counting result N can be expressed by the following equation.
수학식 29로부터 보정된 결과는 아래와 같이 되며, 계수시에 MHP의 결락이 발생하지 않은 경우의 본래의 MHP의 수(N′)가 산출되는 것을 알 수 있다.The result corrected from the equation (29) is as follows, and it can be seen that the original number of MHPs (N ') is calculated in the case where a missing MHP does not occur at the time of counting.
이상으로부터, 도수(Nw)를 구할 때의 주기의 문턱값을 중앙값의 1.5배로 하면, 계수결과(N)를 보정할 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 노이즈에 의해 MHP의 주기가 2분할된 경우와 마찬가지로, T0 대신 중앙값을 이용하여 보정하기 때문에, 마찬가지의 오차가 발생한다.As described above, it can be seen that the counting result N can be corrected by setting the threshold value of the period when the frequency Nw is obtained to be 1.5 times the median value. On the other hand, similarly to the case where the period of the MHP is divided into two by noise, since the correction is made using the median instead of T0, the same error occurs.
이상의 설명에서는, 노이즈를 과잉으로 센 결과 MHP의 주기가 2분할된 경우와, 계수시의 결락에 의해 MHP의 주기가 2배가 된 경우를 따로따로 설명하였는데, 이것들은 독립적으로 발생하기 때문에, 이 경우들을 1개의 도수분포로 표현하면, 도 29와 같이 된다. Ns의 문턱값을 0.5T0, Nw의 문턱값을 1.5T0로 하면, 계수결과(N)는 아래와 식으로 나타낼 수 있다.In the above description, when the period of the MHP is divided into two when the noise is excessively counted and the period of the MHP is doubled due to the lack of counting, these cases are generated independently. If they are expressed by one frequency distribution, they are as shown in FIG. If the threshold of Ns is 0.5T0 and the threshold of Nw is 1.5T0, the counting result N can be expressed by the following equation.
수학식 31로부터 보정된 결과는 아래와 같이 되며, 계수시에 결락이나 과잉 계수가 발생하지 않은 경우의 본래의 MHP의 수(N′)가 산출되는 것을 알 수 있다.The result corrected from the equation (31) is as follows, and it can be seen that the original number (N ') of the original MHPs when no missing or excess coefficient occurs at the time of counting.
한편, 본 실시예에서는, MHP의 결락 보정에 대해서는 1개의 결락에 의해 MHP의 주기가 본래의 주기의 약 2배가 된 경우에 대하여 설명하였는데, 연속하여 2개 이상의 결락이 발생한 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. MHP가 연속하여 2개 결락한 경우, 중앙값의 3배의 주기의 MHP는 3개의 MHP가 하나로 된 것이라고 생각된다. 이 경우, 주기의 중앙값의 약 3배 이상인 계급의 도수를 구하고, 이 도수를 2배로 하면, MHP의 결락을 보정할 수 있다. 이와 같은 방식을 일반화하면, 수학식 16 대신 아래의 수학식 33을 이용하면 좋다. On the other hand, in the present embodiment, the missing correction of the MHP has been described for the case where the period of the MHP becomes about twice the original period by one missing, but the present invention is applied even when two or more missing occurrences occur in succession. can do. In the case where two MHPs are dropped in succession, it is considered that three MHPs of one cycle are three times the median. In this case, if the frequency of a class which is about three times or more of the median of a period is calculated | required, and this frequency is doubled, the missing of MHP can be correct | amended. When generalizing such a method, Equation 33 below may be used instead of Equation 16.
Nw1은 주기의 중앙값의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합, Nw2는 주기의 중앙값의 2.5배 이상인 계급의 도수의 총합, Nw3은 주기의 중앙값의 약 3.5배 이상인 계급의 도수의 총합이다.Nw1 is the sum of the counts of the classes at least 1.5 times the median of the cycle, Nw2 is the sum of the counts of the classes at least 2.5 times the median of the cycle, and Nw3 is the sum of the counts of the classes at least about 3.5 times the median of the cycle.
[제3 실시예]Third Embodiment
이어서, 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다. 제2 실시예에서는, 고정길이의 제1 계수기간(Pn)과 제2 계수기간(Pm)에서 MHP의 수를 구하였는데, 제1 계수기간(Pn)과 제2 계수기간(Pm)을 가변길이로 하여도 된다. 본 실시예에서도 거리/속도계의 구성은 제1 실시예와 마찬가지이기 때문에, 도 1의 부호를 사용하여 설명한다.Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the number of MHPs is obtained in the first counting period Pn and the second counting period Pm of fixed length, and the first counting period Pn and the second counting period Pm are variable lengths. You may make it. Also in this embodiment, since the configuration of the distance / speedometer is the same as that of the first embodiment, the description will be made using the symbols of FIG.
도 30은 본 실시예의 계수장치(7)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 31은 이 계수장치(7)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 본 실시예의 계수장치(7)는, 전환스위치(70a)와, 주기측정부(71a-1, 71a-2)와, 판정부(73-1, 73-2)와, 계수결과 보정부(76a-1, 76a-2)와, 기억부(77)와, 주기합 산출부(78-1, 78-2)와, 개수산출부(79-1, 79-2)로 구성된다.30 is a block diagram showing an example of the configuration of the
도 32는 계수결과 보정부(76a-1)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다. 계수결과 보정부(76a-1)는, 도수분포 작성부(761a)와, 중앙값 산출부(762a)와, 보정값 산출부(763a)로 구성된다. 계수결과 보정부(76a-2)의 구성은 계수결과 보정부(76a-1)와 같기 때문에 설명은 생략한다.32 is a block diagram showing an example of the configuration of the count
먼저, 전환스위치(70a)의 동작은 도 13의 단계 S300, S301과 같으며(도 31의 단계 S400, S401), 판정부(73-1, 73-2)의 동작은 도 13의 단계 S302와 같다(도 31의 단계 S402).First, the operation of the
주기측정부(71a-1)는 도 15의 (b)에 나타낸 판정부(73-1)의 출력에서의 소정 개수 N개(N은 2 이상의 자연수)의 MHP의 주기를 이것들의 MHP 각각에 대하여 측정한다(도 31의 단계 S403). 마찬가지로, 주기측정부(71a-2)는 판정부(73-2)의 출력에서의 소정 개수 N개의 MHP의 주기를 이것들의 MHP 각각에 대하여 측정한다(단계 S403). 이 때, 주기측정부(71a-1, 71a-2)는 클럭신호(CLK)의 주기를 1단위로 하여 MHP의 주기를 측정한다. 기억부(77)는 주기측정부(71a-1, 71a-2)의 측정결과를 기억한다.The
주기측정부(71a-1)의 측정종료후, 계수결과 보정부(76a-1)의 도수분포 작성부(761a)는 기억부(77)에 기억된 주기측정부(71a-1)의 측정결과로부터 MHP의 주기 의 도수분포를 작성한다(도 31의 단계 S404). 마찬가지로, 주기측정부(71a-2)의 측정종료후, 계수결과 보정부(76a-2)의 도수분포 작성부(761a)는 주기측정부(71a-2)의 측정결과로부터 MHP의 주기의 도수분포를 작성한다(단계 S404).After the measurement of the
이어서, 계수결과 보정부(76a-1)의 중앙값 산출부(762a)는 계수결과 보정부(76a-1)의 도수분포 작성부(761a)가 작성한 도수분포로부터 MHP의 주기의 중앙값(T0)을 산출한다(도 31의 단계 S405). 마찬가지로, 계수결과 보정부(76a-2)의 중앙값 산출부(762a)는 계수결과 보정부(76a-2)의 도수분포 작성부(761a)가 작성한 도수분포로부터 MHP의 주기의 중앙값(T0)을 산출한다(단계 S405).Subsequently, the
계수결과 보정부(76a-1)의 보정값 산출부(763a)는, 계수결과 보정부(76a-1)의 도수분포 작성부(761a)가 작성한 도수분포로부터, 계수결과 보정부(76a-1)의 중앙값 산출부(762a)가 산출한 주기의 중앙값(T0)의 0.5배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 이 주기의 중앙값(T0)의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 소정 개수(N)를 수학식 16과 같이 보정한다(도 31의 단계 S406). 마찬가지로, 계수결과 보정부(76a-2)의 보정값 산출부(763a)는, 계수결과 보정부(76a-2)의 도수분포 작성부(761a)가 작성한 도수분포로부터, 계수결과 보정부(76a-2)의 중앙값 산출부(762a)가 산출한 주기의 중앙값(T0)의 0.5배 이하인 계급의 도수의 총합(Ns)과, 이 주기의 중앙값(T0)의 1.5배 이상인 계급의 도수의 총합(Nw)을 구하고, 소정 개수(N)를 수학식 16과 같이 보정한다(단계 S406).The
이어서, 주기합 산출부(78-1)는, 기억부(77)에 기억된 주기측정부(71a-1)의 측정결과로부터 MHP의 주기의 총합(Sum)을 산출한다(도 31의 단계 S407). 마찬가지 로, 주기합 산출부(78-2)는 주기측정부(71a-2)의 측정결과로부터 MHP의 주기의 총합(Sum)을 산출한다(단계 S407).Subsequently, the period sum calculating unit 78-1 calculates the sum Sum of the periods of the MHPs from the measurement result of the
개수산출부(79-1)는, 계수결과 보정부(76a-1)의 보정값 산출부(763a)에 의해 산출된 보정후의 계수결과(N′)를 주기합 산출부(78-1)에 의해 산출된 MHP의 주기의 총합(Sum)으로 나눔으로써, 제1 계수기간(Pn) 중의 단위시간당 MHP의 수 X를 산출한다(도 31의 단계 S408). 마찬가지로, 개수산출부(79-2)는, 계수결과 보정부(76a-2)의 보정값 산출부(763a)에 의해 산출된 보정후의 계수결과(N′)를 주기합 산출부(78-2)에 의해 산출된 MHP의 주기의 총합(Sum)으로 나눔으로써, 제2 계수기간(Pm) 중의 단위시간당 MHP의 수 Y를 산출한다(단계 S408). The number calculating unit 79-1 supplies the resultant counting result N 'calculated by the correction
계수장치(7)는 이상과 같은 처리를 제1, 제2 계수기간(Pn, Pm) 마다 실시한다. MHP의 수 X, Y가 동시에 산출되는 것은 제1, 제2 실시예와 같은데, 상술한 바와 같이 본 실시예에서는 제1 계수기간(Pn)과 제2 계수기간(Pm)이 가변길이가 된다. 즉, 주기합 산출부(78-1)에서 산출된 MHP의 주기의 총합이 제1 계수기간(Pn)의 길이에 상당하고, 주기합 산출부(78-2)에서 산출된 MHP의 주기의 총합이 제2 계수기간(Pm)의 길이에 상당한다. 제2 실시예의 카운터(75-1, 75-2)의 계수결과(N)에 상당하는 값은 본 실시예에서는 소정 개수(N)라는 고정값으로 되어 있다.The
그 밖의 구성은 제2 실시예와 같다. 제2 실시예에서는 제1 계수기간(Pn)과 제2 계수기간(Pm)이 고정길이이기 때문에, 주기합 산출부(78-1)에서 산출된 MHP의 주기의 총합이 제1 계수기간(Pn)의 길이와 일치하지 않는 경우가 있으며, 마찬가지로 주기합 산출부(78-2)에서 산출된 MHP의 주기의 총합이 제2 계수기간(Pm)의 길이 와 일치하지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 제2 실시예에서는, 계수장치(7)에서 구하는 MHP의 수(n, m)에 측정오차가 발생하고, 거리 및 속도에 측정오차가 발생할 가능성이 있다.The rest of the configuration is the same as in the second embodiment. In the second embodiment, since the first counting period Pn and the second counting period Pm are fixed lengths, the sum of the periods of the MHPs calculated by the period sum calculating unit 78-1 is the first counting period Pn. ), And the total sum of the periods of the MHPs calculated by the period sum calculating unit 78-2 may not coincide with the length of the second counting period Pm. For this reason, in the second embodiment, there is a possibility that a measurement error occurs in the number (n, m) of the MHPs obtained by the
이에 대하여, 본 실시예에서는, 주기합 산출부(78-1, 78-2)에서 산출되는 MHP의 주기의 총합이 제1 계수기간(Pn), 제2 계수기간(Pm)의 길이와 같아지도록 하였기 때문에, MHP의 수(n, m)의 측정오차를 줄일 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 제2 실시예와 같은 효과가 얻어질 뿐만 아니라, 거리 및 속도의 측정정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.In contrast, in the present embodiment, the sum of the periods of the MHPs calculated by the period sum calculators 78-1 and 78-2 is equal to the length of the first count period Pn and the second count period Pm. Therefore, the measurement error of the number (n, m) of MHPs can be reduced. Therefore, according to this embodiment, not only the same effect as in the second embodiment can be obtained, but also the measurement accuracy of distance and speed can be further improved.
[제4 실시예][Example 4]
이어서, 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다. 제1 내지 제3 실시예에서는, 상태판정부(82)는, 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 같은 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정하고, 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 같은 경우, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정하였다. 하지만, 노이즈 등의 영향으로 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 같고, 또한 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 같아진 경우에는, 측정대상(11)의 상태를 판정할 수가 없고, 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 일치하지 않고, 또한 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 일치하지 않는 경우에도, 측정대상(11)의 상태를 판정할 수 없다. 본 실시예에서는, 상태판정부(82)에서 측정대상(11)의 상태를 판정할 수 없는 경우에도, 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 산출하는 것을 실현한다.Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the first to third embodiments, when the calculation result of equations (2) and (3) is the same, the
본 실시예에서도 거리/속도계의 구성은 제1 실시예와 같기 때문에, 도 1의 부호를 사용하여 설명한다. 도 33은 본 실시예의 연산장치(8)의 구성의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 34는 이 연산장치(8)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 본 실시예의 연산장치(8)는, 기억부(80)와, 거리/속도 산출부(81)와, 거리/속도 산출부(81)와 후술하는 이력변위 산출부의 산출결과에 근거하여 측정대상(11)의 상태를 판정하는 상태판정부(82a)와, 상태판정부(82a)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)의 속도를 확정하는 속도확정부(83a)와, 상태판정부(82a)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)과의 거리를 확정하는 거리확정부(84a)와, 거리/속도 산출부(81)에서 산출된 거리 후보값과 직전에 산출된 거리 후보값의 차인 이력변위를 산출하는 이력변위 산출부(85)로 구성된다. 속도확정부(83a)와 거리확정부(84a)는 거리/속도 확정부(86a)를 구성하고 있다.Also in this embodiment, since the configuration of the distance / speedometer is the same as that of the first embodiment, the description will be made using the symbols of FIG. FIG. 33 is a block diagram showing an example of the configuration of the
먼저, 연산장치(8)의 기억부(80)의 동작은 도 8의 단계 S201과 같으며(도 34의 단계 S501), 거리/속도 산출부(81)의 동작은 도 8의 단계 S202와 같다(도 34의 단계 S502).First, the operation of the
연산장치(8)의 이력변위 산출부(85)는, 시각 t-1으로부터 t에서의 거리의 제2 후보값 Lα2(t-1, t)와 시각 t-2로부터 t-1에서의 거리의 제1 후보값 Lα1(t-2, t-1)의 차인 이력변위 Vcalα1(t-2, t), 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제1 후보값 Lα1(t, t+1)과 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제2 후보값 Lα2(t-1, t)의 차인 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1), 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제1 후보값 Lα(t-1, t)와 시각 t-2로부터 t-1에서의 거리의 제2 후보값 Lα2(t-2, t-1)의 차인 이력변위 Vcalα3(t-2, t), 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제2 후보값 Lα2(t, t+1)과 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제1 후보값 Lα1(t-1, t)와의 차인 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1), 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제4 후보값 Lβ4(t-1, t)와 시각 t-2로부터 t-1에서의 거리의 제3 후보값 Lβ3(t-2, t-1)의 차인 이력변위 Vcalβ1(t-2, t), 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제3 후보값 Lβ3(t, t+1)과 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제4 후보값 Lβ4(t-1, t)의 차인 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1), 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제3 후보값 Lβ3(t-1, t)와 시각 t-2로부터 t-1에서의 거리의 제4 후보값 Lβ4(t-2, t-1)의 차인 이력변위 Vcalβ3(t-2, t), 시각 t로부터 t+1에서의 거리의 제4 후보값 Lβ4(t, t+1)과 시각 t-1로부터 t에서의 거리의 제3 후보값 Lβ3(t-1, t)의 차인 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)을 아래의 식과 같이 산출하여, 기억부(80)에 저장한다(도 34의 단계 S503).The
이력변위 Vcalα1(t-2, t), Vcalα2(t-1, t+1), Vcalα3(t-2, t), Vcalα4(t-1, t+1)은 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 값이고, 이력변위 Vcalβ1(t-2, t), Vcalβ2(t-1, t+1), Vcalβ3(t-2, t), Vcalβ4(t-1, t+1)는 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 값이다. Hysteresis displacement Vcalα1 (t-2, t), Vcalα2 (t-1, t + 1), Vcalα3 (t-2, t), Vcalα4 (t-1, t + 1) are the microdisplacements of the
이력변위 산출부(85)는 수학식 34 내지 수학식 41의 계산을 계수장치(7)에 의해 MHP의 수가 산출되는 시각마다 실행한다. 한편, 수학식 34 내지 수학식 41에서는 측정대상(11)이 거리/속도계에 가까워지는 방향을 양의 속도, 멀어지는 방향을 음의 속도로 정하고 있다.The hysteresis
이어서, 연산장치(8)의 상태판정부(82a)는, 기억부(80)에 기억되어 있는 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과와 수학식 34 내지 수학식 41의 산출결과를 이용하여 측정대상(11)의 상태를 판정한다(도 34의 단계 S504). 도 35는 이 상태판정부(82a)의 동작을 나타내는 흐름도이다.Subsequently, the
먼저, 상태판정부(82a)는 제1 실시예의 상태판정부(82)와 마찬가지로, 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하여 측정대상(11)의 상태를 판정한다(도 35 의 단계 S601).First, the
여기서, 상태판정부(82a)는, 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 같은 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 판정하고, 수학식 4와 수학식 5의 산출결과가 같은 경우, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 판정하며, 상태판정이 종료하였다고 판단하여(단계 S602에서 판정 '예'), 단계 S504의 처리를 종료한다. 한편, 상태판정부(82a)는, 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 같고, 수학식 4와 수학식 5의 산출결과도 같은 경우, 혹은 수학식 2와 수학식 3의 산출결과가 일치하지 않고, 수학식 4와 수학식 5의 산출결과도 일치하지 않는 경우, 상태판정이 불가능하기 때문에 단계 S603으로 진행한다.Here, when the calculation results of the equations (2) and (3) are the same, the
단계 S603에서 상태판정부(82a)는 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과와 수학식 34 내지 수학식 41의 산출결과를 이용하여 측정대상(11)의 상태를 판정한다.In step S603, the
일본특허공개 2006-313080호에 기재되어 있는 바와 같이, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 이동(등속도운동)하고 있는 경우, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)의 부호는 일정하며, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vα)과 이력변위(Vcalα)의 절대값의 평균값이 같아진다. 또한, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동을 하고 있는 경우, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)의 부호는 MHP의 수가 산출되는 시각마다 반전된다.As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080, when the
따라서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 34의 이력변위 Vcalα1(t-2, t)와 수학식 35의 이력변위 Vcalα 2(t-1, t+1)의 부호가 일치하고, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 같은 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동을 하고 있다고 판정한다.Therefore, the
혹은, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 36의 이력변위 Vcalα3(t-2, t)와 수학식 37의 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 부호가 일치하고, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 같은 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동을 하고 있다고 판정한다.Alternatively, the state judging 82a calculates the hysteresis displacement Vcalα3 (t-2, t) of Equation 36 and the hysteresis displacement Vcalα4 (t-) of Equation 37 calculated on the assumption that the
일본특허공개 2006-313080호에 기재되어 있는 바와 같이, 측정대상(11)이 변위상태에서 이동(등속도운동)하고 있는 경우, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)의 부호는 일정하며, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vβ)과 이력변위(Vcalβ)의 절대값의 평균값이 같아진다. 또한, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동을 하고 있는 경우, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)의 부호는 MHP의 수가 산출되는 시각마다 반전된다.As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080, when the
따라서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 38의 이력변위 Vcalβ1(t-2, t)와 수학식 39의 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)의 부호가 일치하고, 또한 측정대상이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속 도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 같은 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동을 하고 있다고 판정한다.Therefore, the
혹은, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 40의 이력변위 Vcalβ3(t-2, t)와 수학식 41의 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 부호가 일치하고, 또한 측정대상이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 같은 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동을 하고 있다고 판정한다.Alternatively, the state judging 82a calculates the hysteresis displacement Vcalβ3 (t-2, t) of
일본특허공개 2006-313080호에 기재되어 있는 바와 같이, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있는 경우, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vα)과 측정대상(11)이 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는다. 마찬가지로, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vβ)과 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)의 절대값의 평균값도 일치하지 않는다. As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080, in the case where the
또한, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있는 경우, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)의 부호는 MHP의 수가 산출되는 시각마다 반전하고, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)에서는 부호의 변동이 있어도, 이 변동이 MHP의 수 가 산출되는 시각마다 일어나는 것은 아니다.In addition, when the
따라서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 34의 이력변위 Vcalα1(t-2, t)와 수학식 35의 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1)의 부호가 일치하지 않고, 또한 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정한다.Therefore, the state judging 82a calculates the hysteresis displacement Vcalα1 (t-2, t) of Equation 34 and the hysteresis displacement Vcalα2 (t-) of Equation 35 calculated on the assumption that the
혹은, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 36의 이력변위 Vcalα3(t-2, t)와 수학식 37의 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 부호가 일치하지 않고, 또한 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정한다.Alternatively, the state judging 82a calculates the hysteresis displacement Vcalα3 (t-2, t) of Equation 36 and the hysteresis displacement Vcalα4 (t-) of Equation 37 calculated on the assumption that the
한편, 속도 후보값(Vβ)에 착안하면, Vβ3(t, t+1)의 절대값과 Vβ4(t, t+1)의 절대값은 정수가 되며, 이 절대값은 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값에 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같다. 그래서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ 3(t, t+1)의 절대값과 Vβ4(t, t+1)의 절대값이, 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값에 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같고, 또한 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정하여도 된다.On the other hand, when focusing on the velocity candidate value Vβ, the absolute value of Vβ3 (t, t + 1) and the absolute value of Vβ4 (t, t + 1) become integers, and the absolute value is determined by the
또한, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)의 절대값과 Vβ4(t, t+1)의 절대값이, 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)과의 평균값에 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같고, 또한 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalα3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정하여도 된다.Further, the state judging 82a calculates the absolute value of the speed candidate value Vβ3 (t, t + 1) and the absolute value of Vβ4 (t, t + 1) calculated on the assumption that the
일본특허공개 2006-313080호에 기재되어 있는 바와 같이, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있는 경우, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vα)과 측정대상(11)이 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)의 절대값의 평균값이 일치하지 않고, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 속도 후보값(Vβ)과 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)의 절대값의 평균값도 일치하지 않는다. 또한, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있는 경 우, 측정대상(11)을 변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalβ)의 부호는 MHP의 수가 산출되는 시각마다 반전하고, 측정대상(11)을 미소변위상태라고 가정하여 계산한 이력변위(Vcalα)에서는 부호의 변동이 있어도, 이 변동이 MHP의 수가 산출되는 시각마다 일어나는 것은 아니다.As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-313080, in the case where the
따라서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 38의 이력변위 Vcalβ1(t-2, t)와 수학식 39의 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)의 부호가 일치하지 않고, 또한 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정한다.Therefore, the
혹은, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 수학식 40의 이력변위 Vcalβ3(t-2, t)와 수학식 41의 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 부호가 일치하지 않고, 또한 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정한다.Alternatively, the state judging 82a calculates the hysteresis displacement Vcalβ3 (t-2, t) of
한편, 속도 후보값(Vα)에 착안하면, Vα1(t, t+1)의 절대값과 Vα2(t, t+1)의 절대값은 정수가 되며, 이 절대값은 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하 여 계산한 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값에 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같다. 그래서, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)의 절대값과 Vα2(t, t+1)의 절대값이, 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값에 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같고, 또한 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ1(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정하여도 된다.On the other hand, when focusing on the speed candidate value Vα, the absolute value of Vα1 (t, t + 1) and the absolute value of Vα2 (t, t + 1) become integers, and this absolute value is determined by the
혹은, 상태판정부(82a)는, 측정대상(11)이 미소변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vα1(t, t+1)의 절대값과 Vα2(t, t+1)의 절대값이, 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값에 파장변화율 (λb-λa)/λb를 곱한 값과 같고, 또한 측정대상(11)이 변위상태에 있다고 가정하여 계산한 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값과, 이력변위 Vcalβ3(t-2, t)의 절대값과 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 절대값의 평균값이 일치하지 않는 경우, 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정하여도 된다.Alternatively, the state judging 82a calculates the absolute value of the velocity candidate value Vα1 (t, t + 1) and the absolute value of Vα2 (t, t + 1) calculated on the assumption that the
이상으로, 단계 S603의 처리가 종료한다. 상태판정부(82a)의 단계 S603의 판정동작을 표 1에 나타낸다.Thus, the process of step S603 ends. Table 1 shows the determination operation of step S603 of the
이어서, 연산장치(8)의 속도확정부(83a)는 상태판정부(82a)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)의 속도 절대값을 확정한다(도 34의 단계 S505). 즉, 속도확정부(83a)는 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vα1(t, t+1)과 Vα2(t, t+1)의 평균값을, 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정한다(단계 S505).Subsequently, the
또한, 속도확정부(83a)는 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vβ3(t, t+1)과 Vβ4(t, t+1)의 평균값을, 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정한다(단계 S505).In addition, when it is determined that the
한편, 속도확정부(83a)는 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vα5(t)를 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하도록 하여도 된다(단계 S505). 또한, 속도확정부(83a)는 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 속도 후보값 Vβ6(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)의 속도 절대값으로 확정하도록 하여도 된다(단계 S505). On the other hand, when it is determined that the
이어서, 속도확정부(83a)는 도 8의 단계 S205와 마찬가지로 수학식 14, 수학식 15를 산출하여, 측정대상(11)의 속도 방향을 확정한다(도 34의 단계 S506). 한편, 속도확정부(83a)가 단계 S505에서 수학식 2 내지 수학식 5의 산출결과를 이용하는 대신, 수학식 6 혹은 수학식 7의 산출결과를 이용하여 속도 절대값을 확정하는 경우, MHP의 수 X(t)와 Y(t)의 크기를 비교하여, Y(t)보다 X(t)가 크면 측정대상(11)이 가까워지고 있다고 판정하고, X(t)보다 Y(t)가 크면 측정대상(11)이 멀어지고 있다고 판정한다(단계 S506).Next, the
이어서, 거리확정부(84a)는, 상태판정부(82a)의 판정결과에 근거하여 측정대상(11)과의 거리를 확정한다(도 34의 단계 S507). 즉, 거리확정부(84a)는 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lα1(t, t+1)과 Lα2(t, t+1)의 평균값을, 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정한다(단계 S507).Subsequently, the
또한, 거리확정부(84a)는 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lβ3(t, t+1)과 Lβ4(t, t+1)의 평균값을, 시각 t-1로부터 t+1에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정한다(단계 S507).In addition, when it is determined that the
한편, 거리확정부(84a)는 측정대상(11)이 미소변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lα5(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정하도록 하여도 된다(단계 S507). 또한, 거리확정부(84a)는 측정대상(11)이 변위상태에서 등속도운동 혹은 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정되었을 경우에는, 기억부(80)에 기억되어 있는 거리 후보값 Lβ6(t)를 시각 t-1로부터 t에서의 측정대상(11)과의 평균거리로서 확정하도록 하여도 된다(단계 S507). On the other hand, when it is determined that the
연산장치(8)는 이상과 같은 단계 S501 내지 S507의 처리를 예를 들어, 사용자로부터 계측종료 지시가 있을 때까지(도 34의 단계 S508에서 '예'), 계수장치(7)에 의해 MHP의 수가 산출되는 시각마다 실시한다. 연산장치(8) 이외의 구성은 제1 실시예와 같다.The
본 실시예에서는, 노이즈 등의 영향에 의해 제1 실시예에서 측정대상(11)의 상태를 판정할 수 없는 경우에도, 측정대상(11)의 상태를 판정하여 측정대상(11)과의 거리 및 측정대상(11)의 속도를 산출할 수 있다.In this embodiment, even when the state of the
[제5 실시예][Example 5]
이어서, 본 발명의 제5 실시예에 대하여 설명한다. 측정대상(11)이 등속도운동 이외의 운동을 하고 있을 경우, 측정대상(11)의 가속도 부호가 변할 때 운동상태의 해당영역이 아닌 식의 부호가 반전되어 버리기 때문에, 판단오류가 발생한다. 그래서, 제4 실시예에서 연산장치(8)의 상태판정부(82a)는, 수학식 35의 이력변위 Vcalα2(t-1, t+1)과 수학식 37의 이력변위 Vcalα4(t-1, t+1)의 부호가 일치하는 경우, 측정대상(11)이 등속도운동을 하고 있다고 판정하고, 수학식 39의 이력변위 Vcalβ2(t-1, t+1)과 수학식 41의 이력변위 Vcalβ4(t-1, t+1)의 부호가 일치하는 경우, 측정대상(11)이 등속도운동 이외의 운동을 하고 있다고 판정하도록 하여도 된다.Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. When the
[제6 실시예][Example 6]
제1 내지 제5 실시예에서는, 자기결합형 간섭계에 본 발명을 적용하는 경우에 대하여 설명하였는데, 자기결합형 이외의 간섭계에 본 발명을 적용할 수도 있다. 도 36은 본 발명의 제6 실시예가 되는 거리/속도계의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 1과 동일한 구성에는 같은 부호를 사용하고 있다. 도 36에서 12-1, 12-2는 입사광과 반사광을 분리하는 빔 스플리터(Beam Splitter)이다.In the first to fifth embodiments, the case where the present invention is applied to the self-coupled interferometer has been described, but the present invention can also be applied to interferometers other than the self-coupled interferometer. Fig. 36 is a block diagram showing the construction of a distance / speedometer according to the sixth embodiment of the present invention. The same reference numerals are used for the same construction as in Fig. In FIG. 36, 12-1 and 12-2 are beam splitters that separate incident light and reflected light.
반도체 레이저(1-1, 1-2)의 레이저광이 서로 평행하게 출사되어 측정대상(11)에 입사되는 것은 제1 실시예와 같다. 빔 스플리터(12-1, 12-2) 및 렌즈(3-1, 3-2)를 통과한 레이저광은 측정대상(11)으로 입사된다. 그리고, 본 실시예에서는, 측정대상(11)에서 반사된 반도체 레이저(1-1, 1-2)의 광이, 각각 빔 스플리터(12-1, 12-2)에 의해 측정대상(11)으로의 입사광과 분리되어 포토다이오드(2-1, 2-2)로 보내진다.The laser beams of the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are emitted in parallel to each other and enter the
포토다이오드(2-1, 2-2) 이후의 구성은 제1 내지 제5 실시예와 같으므로, 설명은 생략한다. 이렇게 하여 자기결합형 이외의 간섭계에서도 제1 내지 제5 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.Since the structures after the photodiodes 2-1 and 2-2 are the same as those in the first to fifth embodiments, description thereof is omitted. In this way, the same effects as those in the first to fifth embodiments can be obtained also in interferometers other than the magnetic coupling type.
제1 내지 제6 실시예에서의 계수장치(7)와 연산장치(8)는 예를 들어, CPU, 기억장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와 이들의 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다. 이와 같은 컴퓨터를 동작시키기 위한 프로그램은, 플렉시블 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 메모리 카드 등의 기록매체에 기록된 상태로 제공된다. CPU는 읽어들인 프로그램을 기억장치에 기입하고, 이 프로그램에 따라 제1 내지 제6 실시예에서 설명한 처리를 실행한다.The
한편, 제1 내지 제6 실시예에서, 측정대상(11)이 매우 작은 변위를 가지는 진동을 할 때(예를 들어, 최대속도 2nm), 실제 거리의 변화(진폭)는 수 nm이지만, 거리산출의 분해능이 변위분해능보다 낮기 때문에 오차가 커진다. 그래서, 측정대상이 미소한 변위를 가지는 운동상태에 있을 경우에는, 산출결과 대신, 변위(속도)를 적분한 값을 거리의 변화라고 하는 편이 정밀도가 향상된다.On the other hand, in the first to sixth embodiments, when the
또한, 제1 내지 제6 실시예에서는, 반도체 레이저(1-1)와 반도체 레이저(1-2)의 최소발진파장(λa)이 동일하고, 반도체 레이저(1-1)와 반도체 레이저(1-2)의 최대발진파장(λb)이 동일한 경우에 대하여 설명하였는데, 이것으로 한정되지 않고, 도 37에 나타내는 바와 같이, 반도체 레이저(1-1)와 반도체 레이저(1-2)의 사이에서 최소발진파장(λa) 및 최대발진파장(λb)이 서로 달라도 된다. 도 37에서 λa1, λb1은 반도체 레이저(1-1)의 최소발진파장, 최대발진파장이고, λa2, λb2는 반도체 레이저(1-2)의 최소발진파장, 최대발진파장이다. 이 경우, λa1×λb1/{4×(λb1-λa1)}과 λa2×λb2/{4×(λb2-λa2)}가 항상 같은 고정값이면 좋다. 이 경우, 수학식 2 내지 수학식 13에서의 λa, λb로서는 λa1, λb1을 사용하여도 되고, λa2, λb2를 사용하여도 된다.In the first to sixth embodiments, the minimum oscillation wavelength? A of the semiconductor laser 1-1 and the semiconductor laser 1-2 is the same, and the semiconductor laser 1-1 and the semiconductor laser 1- 1 are the same. Although the case where the maximum oscillation wavelength lambda b of 2) is the same has been described, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. The wavelength lambda a and the maximum oscillation wavelength lambda b may be different from each other. In FIG. 37, lambda a1 and lambda b1 are the minimum oscillation wavelength and maximum oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-1, and lambda a2 and lambda b2 are the minimum oscillation wavelength and the maximum oscillation wavelength of the semiconductor laser 1-2. In this case, λa1 × λb1 / {4 × (λb1-λa1)} and λa2 × λb2 / {4 × (λb2-λa2)} may always be the same fixed value. In this case, λa1 and λb1 may be used as λa and λb in
또한, 제1 내지 제6 실시예에서는 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 삼각파 형상으로 발진시켰는데, 이것으로 한정되지 않고, 도 38에 나타내는 바와 같이 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 톱니파 형상으로 발진시켜도 된다. 즉, 본 발명에서는 적어도 제1 발진기간(P1)이 반복해서 존재하도록 반도체 레이저(1-1)를 동작시키고, 반도체 레이저(1-1)와 발진파장의 증감이 반대가 되도록 반도체 레이저(1-2)를 동작시키면 된다. 도 37의 경우와 마찬가지로 λa1≠λa2, λb1≠λb2여도 되고, 도 2의 경우와 마찬가지로 λa1=λa2, λb1=λb2여도 된다.Incidentally, in the first to sixth embodiments, the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 were oscillated in a triangular wave shape, but the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 2) may be oscillated in a sawtooth wave shape. That is, 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- 1 is operated so that the increase and decrease of the semiconductor laser 1-1 and the oscillation wavelength are reversed. 2) can be operated. Similarly to the case of FIG. 37, λa1 ≠ λa2, λb1 ≠ λb2, or λa1 = λa2, λb1 = λb2, as in the case of FIG.
제1 발진기간(P1)에서의 동작은 삼각파 발진의 경우와 마찬가지이다. 단, 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 톱니파 형상으로 발진시키는 경우, 계수장치(7)의 전환스위치(70, 70a)의 출력은 고정시켜둘 필요가 있다. 즉, 전환스위치(70, 70a)는 필터회로(6-1)의 출력을 항상 주기측정부(71-1), 판정부(73-1)의 입력에 접속시키고, 필터회로(6-2)의 출력을 항상 주기측정부(71-2), 판정부(73-2)의 입력에 접속시킨다.The operation in the first oscillation period P1 is the same as that of the triangular wave oscillation. However, when the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are oscillated in a sawtooth wave shape, the outputs of the changeover switches 70 and 70a of the
한편, 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 삼각파 형상으로 발진시키는 경우, 측정대상(11)의 상태에 관계없이 진폭조정장치(10)에 의한 진폭조정이 가능한데, 반도체 레이저(1-1, 1-2)를 톱니파 형상으로 발진시키는 경우에는, 측정대상(11)이 정지상태인 경우에만 진폭조정이 가능하다.On the other hand, when the semiconductor lasers 1-1 and 1-2 are oscillated in a triangular wave shape, amplitude adjustment by the
도 1은 본 발명의 제1 실시예가 되는 거리/속도계의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a distance / speedometer as a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 반도체 레이저의 발진파장의 시간변화의 일례를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing an example of time variation of the oscillation wavelength of a semiconductor laser in the first embodiment of the present invention.
도 3의 (a), (b)는 본 발명의 제1 실시예에서의 2개의 전류-전압 변환증폭기 각각의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 3의 (c), (d)는 본 발명의 제1 실시예에서의 2개의 필터회로 각각의 출력전압파형을 모식적으로 나타내는 도면이다.3 (a) and 3 (b) are diagrams schematically showing output voltage waveforms of the two current-voltage conversion amplifiers in the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (c) and (d) Of the present invention It is a figure which shows typically the output voltage waveform of each of the two filter circuits in a 1st Example.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에서의 계수장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.Fig. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the counting device in the first embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 계수장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating the operation of the counter of FIG. 4.
도 6은 도 4의 계수장치의 계수기간을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a counting period of the counting device of FIG. 4.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에서의 연산장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.Fig. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of the computing device in the first embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 연산장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating an operation of the computing device of FIG. 7.
도 9는 반도체 레이저의 파장변화의 전환에 동반되는 모드홉펄스의 수 변화를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the change in the number of mode hop pulses that accompany the change of the wavelength change of the semiconductor laser.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에서 레이저 드라이버로부터 반도체 레이저에 공급되는 삼각파 구동전류의 진폭조정방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a view for explaining a method of adjusting the amplitude of the triangular wave driving current supplied from the laser driver to the semiconductor laser in the first embodiment of the present invention.
도 11은 반도체 레이저의 파장변화가 전환되는 타이밍의 전후에 속도 혹은 거리의 산출결과에 연속성을 가지게 하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a diagram for explaining a method of having continuity in the calculation result of the speed or distance before and after the timing at which the wavelength change of the semiconductor laser is switched.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에서의 계수장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.Fig. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of the counting device in the second embodiment of the present invention.
도 13은 도 12의 계수장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.13 is a flowchart showing the operation of the counter of FIG.
도 14는 도 12의 계수장치에서의 계수결과 보정부의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a count result correcting unit in the counting device of FIG. 12.
도 15는 도 12의 계수장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 15 is a view for explaining the operation of the counter of FIG.
도 16은 모드홉펄스 주기의 도수분포의 일례를 나타내는 도면이다.16 is a diagram illustrating an example of frequency distribution of a mode hop pulse period.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에서의 카운터 계수결과의 보정원리를 설명하기 위한 도면이다.17 is a diagram for explaining the principle of correction of the counter counting result in the second embodiment of the present invention.
도 18은 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.18 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period.
도 19는 노이즈를 포함한 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.19 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period including noise.
도 20은 노이즈를 포함한 모드홉펄스 주기의 중앙값을 나타내는 도면이다.20 is a diagram illustrating a median value of a mode hop pulse period including noise.
도 21은 주기가 2분할된 모드홉펄스 주기의 확률분포를 나타내는 도면이다.21 is a diagram illustrating a probability distribution of a mode hop pulse period in which a period is divided into two.
도 22는 주기가 2분할된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.22 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period in which a period is divided into two.
도 23은 주기가 2분할된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.FIG. 23 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period in which a period is divided into two.
도 24는 주기가 2분할된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.24 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period in which a period is divided into two.
도 25는 카운터값 보정후의 오차를 나타내는 도면이다.25 is a diagram illustrating an error after counter value correction.
도 26은 2배의 주기가 된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.FIG. 26 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period that has been doubled.
도 27은 계수시에 결락한 모드홉펄스 중 2분할된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.Fig. 27 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period divided into two of the mode hop pulses dropped at the time of counting.
도 28은 계수시에 결락한 모드홉펄스 중 2분할된 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.Fig. 28 is a diagram showing the frequency distribution of a mode hop pulse period divided into two of the mode hop pulses dropped at the time of counting.
도 29는 계수시에 결락과 과잉한 계수가 동시에 발생하였을 경우의 모드홉펄스 주기의 도수분포를 나타내는 도면이다.Fig. 29 is a diagram showing the frequency distribution of the mode hop pulse periods when missing and excess counts occur at the time of counting.
도 30은 본 발명의 제3 실시예에서의 계수장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.Fig. 30 is a block diagram showing an example of the configuration of the counting device in the third embodiment of the present invention.
도 31은 도 30의 계수장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.FIG. 31 is a flowchart showing the operation of the counter of FIG.
도 32는 도 30의 계수장치에서의 계수결과 보정부의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.32 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a count result correcting unit in the counting device of FIG. 30.
도 33은 본 발명의 제4 실시예에서의 연산장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.Fig. 33 is a block diagram showing an example of the configuration of the arithmetic unit in the fourth embodiment of the present invention.
도 34는 도 33의 연산장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.34 is a flowchart illustrating the operation of the arithmetic apparatus of FIG. 33.
도 35는 도 33의 연산장치에서의 상태판정부의 동작을 나타내는 흐름도이다.35 is a flowchart showing the operation of the state determination unit in the arithmetic unit of FIG.
도 36은 본 발명의 제6 실시예가 되는 거리/속도계의 구성을 나타내는 블록도이다.Fig. 36 is a block diagram showing the construction of a distance / speedometer as a sixth embodiment of the present invention.
도 37은 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에서의 반도레 레이저의 발진파장의 시간변화의 다른 예를 나타내는 도면이다.Fig. 37 is a diagram showing another example of the time variation of the oscillation wavelength of the Bandore laser in the first to sixth embodiments of the present invention.
도 38은 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에서의 반도레 레이저의 발진파장의 시간변화의 다른 예를 나타내는 도면이다.Fig. 38 is a diagram showing another example of the time variation of the oscillation wavelength of the Bandore laser in the first to sixth embodiments of the present invention.
도 39는 종래의 레이저 계측기에서의 반도체 레이저의 복합공진기 모델을 나타내는 도면이다.Fig. 39 is a diagram showing a model of a compound resonator of a semiconductor laser in a conventional laser measuring instrument.
도 40은 반도체 레이저의 발진파장과 내장 포토다이오드의 출력파장의 관계를 나타내는 도면이다.Fig. 40 shows the relationship between the oscillation wavelength of a semiconductor laser and the output wavelength of a built-in photodiode.
도 41은 종래의 거리/속도계의 구성을 나타내는 블록도이다.Fig. 41 is a block diagram showing the structure of a conventional distance / speedometer.
도 42는 도 41의 거리/속도계에서의 반도체 레이저의 발진파장의 시간변화의 일례를 나타내는 도면이다.FIG. 42 is a diagram illustrating an example of time variation of an oscillation wavelength of a semiconductor laser in the distance / speed meter of FIG. 41.
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