(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、
前記第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手段の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された計数結果と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。
【請求項２】
測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手段の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された計数結果と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。
【請求項３】
測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、
前記第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる一定個数の干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。
【請求項４】
測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、
前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、
前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる一定個数の干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、
前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、
前記補正値算出手段で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有することを特徴とする距離・速度計。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の距離・速度計において、
前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５であることを特徴とする距離・速度計。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の距離・速度計において、
前記計数手段は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の数を交互に求めるものであることを特徴とする距離・速度計。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の距離・速度計において、
前記周期測定手段は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の周期を交互に求めるものであることを特徴とする距離・速度計。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の距離・速度計において、
前記演算手段は、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長と最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数に基づいて前記測定対象との距離の候補値と前記測定対象の速度の候補値とを算出する距離・速度算出部と、
この距離・速度算出部で算出された距離の候補値と前回に算出された距離の候補値との差である履歴変位を算出する履歴変位算出部と、
前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部の算出結果に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定部と、
この状態判定部の判定結果に基づいて前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を確定する距離・速度確定部とからなることを特徴とする距離・速度計。
【請求項９】
請求項８に記載の距離・速度計において、
前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合と変位状態にあると仮定した場合の各々について前記距離の候補値と前記速度の候補値と前記履歴変位とを、前記計数手段が前記干渉波形の数を求める度に算出し、
前記状態判定部は、前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部の算出結果に基づいて前記測定対象が微小変位状態にあるか変位状態にあるかを前記算出毎に判定すると共に、前記測定対象が等速度運動しているか等速度運動以外の運動をしているかを前記算出毎に判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１０】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が一定で、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが等しい場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動していると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１１】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が一定で、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが等しい場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動していると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１２】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が前記算出毎に反転し、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１３】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値の絶対値が、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と等しく、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１４】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が前記算出毎に反転し、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１５】
請求項９に記載の距離・速度計において、
前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値の絶対値が、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と等しく、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の距離・速度計において、
前記演算手段は、前記測定対象が微小な変位を有する運動状態にある場合、前記算出の結果の代わりに、前記変位の積分結果を前記測定対象との距離の変化とすることを特徴とする距離・速度計。
【請求項１７】
請求項９に記載の距離・速度計において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定部が真値でないと判断して選択しなかった方の速度の候補値が、前記状態判定部が真値であると判断して選択した方の距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、前記第１、第２のレーザドライバから前記第１、第２の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手段を有することを特徴とする距離・速度計。
【請求項１８】
半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、
前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数えると共に、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手順の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された計数結果と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項１９】
半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、
前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数えると共に、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、
前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手順の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された計数結果と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２０】
半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、
前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１のレーザ光とその戻り光とによって生じる一定個数の干渉波形の周期を測定すると共に、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる前記一定個数の干渉波形の周期を測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２１】
半導体レーザを用いて測定対象にレーザ光を放射する距離・速度計測方法において、
少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、
前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、
前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる一定個数の干渉波形の周期を測定すると共に、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる前記一定個数の干渉波形の周期を測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、
前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、
前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、
前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、
前記補正値算出手順で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載の距離・速度計測方法において、
前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５であることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２３】
請求項１８又は１９に記載の距離・速度計測方法において、
前記計数手順は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の数を交互に求めるものであることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２４】
請求項２０又は２１に記載の距離・速度計測方法において、
前記周期測定手順は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の周期を交互に求めるものであることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２５】
請求項１８乃至２４のいずれか１項に記載の距離・速度計測方法において、
前記演算手順は、
前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長と最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数に基づいて前記測定対象との距離の候補値と前記測定対象の速度の候補値とを算出する距離・速度算出手順と、
この距離・速度算出手順で算出された距離の候補値と前回に算出された距離の候補値との差である履歴変位を算出する履歴変位算出手順と、
前記距離・速度算出手順と前記履歴変位算出手順の算出結果に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手順と、
この状態判定手順の判定結果に基づいて前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を確定する距離・速度確定手順とを含むことを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の距離・速度計測方法において、
前記距離・速度算出手順と前記履歴変位算出手順は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合と変位状態にあると仮定した場合の各々について前記距離の候補値と前記速度の候補値と前記履歴変位とを、前記計数手順が前記干渉波形の数を求める度に算出し、
前記状態判定手順は、前記距離・速度算出手順と前記履歴変位算出手順の算出結果に基づいて前記測定対象が微小変位状態にあるか変位状態にあるかを前記算出毎に判定すると共に、前記測定対象が等速度運動しているか等速度運動以外の運動をしているかを前記算出毎に判定することを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の距離・速度計測方法において、
さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定手順で真値でないと判断して選択しなかった方の速度の候補値が、前記状態判定手順で真値であると判断して選択した方の距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、前記第１、第２の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手順を備えることを特徴とする距離・速度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の干渉を利用して、測定対象との距離及び測定対象の速度を計測する距離・速度計および距離・速度計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザによる光の干渉を利用した距離計測は、非接触測定のため測定対象を乱すことなく、高精度の測定方法として古くから用いられている。最近では、半導体レーザは装置の小型化のため、光計測用光源として利用されようとしている。その代表的な例として、ＦＭヘテロダイン干渉計を利用したものがある。これは、比較的長距離測定が可能で精度もよいが、半導体レーザの外部に干渉計を用いているため、光学系が複雑になるという欠点を有する。
【０００３】
これに対して、レーザの出力光と測定対象からの戻り光との半導体レーザ内部での干渉（自己結合効果）を利用した計測器が提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。このような自己結合型のレーザ計測器によれば、フォトダイオード内蔵の半導体レーザが発光、干渉、受光の各機能を兼ねているため、外部干渉光学系を大幅に簡略化することができる。したがって、センサ部が半導体レーザとレンズのみとなり、従来のものに比べて小型となる。また、三角測量法より距離測定範囲が広いという特徴を有する。
【０００４】
ＦＰ型（ファブリペロー型）半導体レーザの複合共振器モデルを図３３に示す。図３３において、１０１は半導体レーザ、１０２は半導体結晶の壁開面、１０３はフォトダイオード、１０４は測定対象である。測定対象１０４からの反射光の一部が発振領域内に戻り易い。戻って来たわずかな光は、共振器１０１内のレーザ光と結合し、動作が不安定となり雑音（複合共振器ノイズまたは戻り光ノイズ）を生じる。戻り光による半導体レーザの特性の変化は、出力光に対する相対的な戻り光量が、極めてわずかであっても顕著に現れる。このような現象は、ファブリペロー型（以下、ＦＰ型）半導体レーザに限らず、Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ型（以下、ＶＣＳＥＬ型）、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ＦｅｅｄＢａｃｋ  ｌａｓｅｒ型（以下、ＤＦＢレーザ型）など、他の種類の半導体レーザにおいても同様に現れる。
【０００５】
レーザの発振波長をλ、測定対象１０４に近い方の壁開面１０２から測定対象１０４までの距離をＬとすると、以下の共振条件を満足するとき、戻り光と共振器１０１内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
Ｌ＝ｑλ／２                                                    ・・・（１）
式（１）において、ｑは整数である。この現象は、測定対象１０４からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザの共振器１０１内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。
【０００６】
半導体レーザは、注入電流の大きさに応じて周波数の異なるレーザ光を放射するので、発振周波数を変調する際に、外部変調器を必要とせず、注入電流によって直接変調が可能である。図３４は、半導体レーザの発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード１０３の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｑλ／２を満足したときに、戻り光と共振器１０１内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と共振器１０１内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｑλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と共振器１０１内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザの発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力を共振器１０１に設けられたフォトダイオード１０３で検出すると、図３４に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。
【０００７】
この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つをモードポップパルス（以下、ＭＨＰ）と呼ぶ。ＭＨＰはモードホッピング現象とは異なる現象である。例えば、測定対象１０４までの距離がＬ１のとき、ＭＨＰの数が１０個であったとすれば、半分の距離Ｌ２では、ＭＨＰの数は５個になる。すなわち、ある一定時間において半導体レーザの発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変わる。したがって、ＭＨＰをフォトダイオード１０３で検出し、ＭＨＰの周波数を測定すれば、容易に距離計測が可能となる。
【０００８】
自己結合型のレーザ計測器では、共振器外部の干渉光学系を大幅に簡略化できるため、装置を小型化することができ、また高速の回路が不要で、外乱光に強いという利点がある。さらに、測定対象からの戻り光が極めて微弱でもよいので、測定対象の反射率に影響されない、すなわち測定対象を選ばないという利点がある。しかしながら、自己結合型を含め従来の干渉型計測器では、静止した測定対象との距離を計測することはできても、速度を持つ測定対象の距離を計測することはできないという問題点があった。
【０００９】
そこで、発明者は、静止した測定対象との距離だけでなく、測定対象の速度も計測することができる距離・速度計を提案した（特許文献１参照）。この距離・速度計の構成を図３５に示す。図３５の距離・速度計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザ２０１と、半導体レーザ２０１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２０２と、半導体レーザ２０１からの光を集光して測定対象２１０に照射すると共に、測定対象２１０からの戻り光を集光して半導体レーザ２０１に入射させるレンズ２０３と、半導体レーザ２０１に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させるレーザドライバ２０４と、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器２０５と、電流−電圧変換増幅器２０５の出力電圧を２回微分する信号抽出回路２０６と、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を数える計数回路２０７と、測定対象２１０との距離及び測定対象２１０の速度を算出する演算装置２０８と、演算装置２０８の算出結果を表示する表示装置２０９とを有する。
【００１０】
レーザドライバ２０４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ２０１に供給する。これにより、半導体レーザ２０１は、発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３６は、半導体レーザ２０１の発振波長の時間変化を示す図である。図３６において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔは三角波の周期である。
【００１１】
半導体レーザ２０１から出射したレーザ光は、レンズ２０３によって集光され、測定対象２１０に入射する。測定対象２１０で反射された光は、レンズ２０３によって集光され、半導体レーザ２０１に入射する。フォトダイオード２０２は、半導体レーザ２０１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅器２０５は、フォトダイオード２０２の出力電流を電圧に変換して増幅し、信号抽出回路２０６は、電流−電圧変換増幅器２０５の出力電圧を２回微分する。計数回路２０７は、信号抽出回路２０６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。演算装置２０８は、半導体レーザ１の最小発振波長λａと最大発振波長λｂと第１の発振期間Ｐ１におけるＭＨＰの数と第２の発振期間Ｐ２におけるＭＨＰの数に基づいて、測定対象２１０との距離及び測定対象２１０の速度を算出する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８０号公報
【非特許文献１】上田正，山田諄，紫藤進，「半導体レーザの自己結合効果を利用した距離計」，１９９４年度電気関係学会東海支部連合大会講演論文集，１９９４年
【非特許文献２】山田諄，紫藤進，津田紀生，上田正，「半導体レーザの自己結合効果を利用した小型距離計に関する研究」，愛知工業大学研究報告，第３１号Ｂ，ｐ．３５−４２，１９９６年
【非特許文献３】Guido Giuliani，Michele Norgia，Silvano Donati and Thierry Bosch，「Laser diode self-mixing technique for sensing applications」，JOURNAL OF OPTICS A:PURE AND APPLIED OPTICS，ｐ．２８３−２９４，２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に開示された距離・速度計によれば、測定対象との距離と測定対象の速度を同時に計測することができる。しかしながら、この距離・速度計では、距離や速度を測定するために、例えば第１の発振期間ｔ−１と第２の発振期間ｔと第１の発振期間ｔ＋１の少なくとも３回にわたってＭＨＰの数を数える必要があり、測定に要する時間が長いという問題点があった。
また、特許文献１に開示された距離・速度計では、例えば外乱光などのノイズをＭＨＰとして数えたり、信号の歯抜けのために数えられないＭＨＰがあったりして、計数回路で数えるＭＨＰの数に誤差が生じ、測定した距離や速度に誤差が生じるという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光の干渉を利用して静止した測定対象との距離だけでなく、測定対象の速度も計測することができる距離・速度計および距離・速度計測方法において、測定時間を短縮することを目的とする。
また、本発明は、ＭＨＰの計数誤差を補正して距離及び速度の測定精度を向上させることができる距離・速度計および距離・速度計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の距離・速度計は、測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、前記第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器と、前記第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器と、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手段の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、前記補正値算出手段で補正された計数結果と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有するものである。
【００１６】
また、本発明の距離・速度計は、測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器と、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器と、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について数える計数手段と、前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手段の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、前記補正値算出手段で補正された計数結果と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有するものである。
【００１７】
また、本発明の距離・速度計は、測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、前記第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器と、前記第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器と、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる一定個数の干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、前記補正値算出手段で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有するものである。
【００１８】
また、本発明の距離・速度計は、測定対象に第１のレーザ光を放射する第１の半導体レーザと、前記測定対象に前記第１のレーザ光と平行に第２のレーザ光を放射する第２の半導体レーザと、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように前記第１の半導体レーザを動作させる第１のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように前記第２の半導体レーザを動作させる第２のレーザドライバと、前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器と、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器と、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第１、第２のレーザ光とその戻り光との自己結合効果によって生じる一定個数の干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手段と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手段と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手段と、前記周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手段と、前記補正値算出手段で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手段で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手段と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手段とを有するものである。
【００１９】
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記第１の所定数は０．５であり、前記第２の所定数は１．５である。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記計数手段は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の数を交互に求めるものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記周期測定手段は、前記発振期間よりも短い第１の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、前記発振期間よりも短く、かつ前記第１の計数期間と少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間において、前記第１、第２の半導体レーザのうち発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号に含まれる干渉波形の周期を求め、発振波長が増加している半導体レーザに対応する受光器の出力信号と発振波長が減少している半導体レーザに対応する受光器の出力信号とから前記干渉波形の周期を交互に求めるものである。
【００２０】
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記演算手段は、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長と最大発振波長と前記個数算出手段で算出された干渉波形の数に基づいて前記測定対象との距離の候補値と前記測定対象の速度の候補値とを算出する距離・速度算出部と、この距離・速度算出部で算出された距離の候補値と前回に算出された距離の候補値との差である履歴変位を算出する履歴変位算出部と、前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部の算出結果に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定部と、この状態判定部の判定結果に基づいて前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を確定する距離・速度確定部とからなるものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部は、前記測定対象の状態を微小変位状態あるいは前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態のいずれかであるとし、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合と変位状態にあると仮定した場合の各々について前記距離の候補値と前記速度の候補値と前記履歴変位とを、前記計数手段が前記干渉波形の数を求める度に算出し、前記状態判定部は、前記距離・速度算出部と前記履歴変位算出部の算出結果に基づいて前記測定対象が微小変位状態にあるか変位状態にあるかを前記算出毎に判定すると共に、前記測定対象が等速度運動しているか等速度運動以外の運動をしているかを前記算出毎に判定するものである。
【００２１】
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が一定で、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが等しい場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動していると判定するものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が一定で、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが等しい場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動していると判定するものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が前記算出毎に反転し、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定するものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値の絶対値が、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と等しく、かつ前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定するものである。
【００２２】
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の符号が前記算出毎に反転し、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定するものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記状態判定部は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値の絶対値が、前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と等しく、かつ前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定して算出された前記履歴変位の絶対値の平均値とが一致しない場合、前記測定対象が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定するものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記演算手段は、前記測定対象が微小な変位を有する運動状態にある場合、前記算出の結果の代わりに、前記変位の積分結果を前記測定対象との距離の変化とするものである。
また、本発明の距離・速度計の１構成例は、さらに、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と前記測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、前記状態判定部が真値でないと判断して選択しなかった方の速度の候補値が、前記状態判定部が真値であると判断して選択した方の距離の候補値に前記第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、前記第１、第２のレーザドライバから前記第１、第２の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整する振幅調整手段を有するものである。
【００２３】
また、本発明の距離・速度計測方法は、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数えると共に、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手順の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、前記補正値算出手順で補正された計数結果と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えるものである。
【００２４】
また、本発明の距離・速度計測方法は、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数えると共に、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、前記干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について前記干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記計数手順の計数結果を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、前記補正値算出手順で補正された計数結果と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えるものである。
【００２５】
また、本発明の距離・速度計測方法は、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１のレーザ光とその戻り光とによって生じる一定個数の干渉波形の周期を測定すると共に、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２のレーザ光とその戻り光とによって生じる前記一定個数の干渉波形の周期を測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、前記補正値算出手順で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えるものである。
【００２６】
また、本発明の距離・速度計測方法は、少なくとも発振波長が連続的に単調増加する発振期間が繰り返し存在するように第１の半導体レーザを動作させる第１の発振手順と、前記第１の半導体レーザと発振波長の増減が逆になるように第２の半導体レーザを動作させる第２の発振手順と、前記第１の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第１の受光器の出力信号に含まれる、前記第１の半導体レーザから放射された第１のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる一定個数の干渉波形の周期を測定すると共に、前記第２の半導体レーザの光出力を電気信号に変換する第２の受光器の出力信号に含まれる、前記第２の半導体レーザから放射された第２のレーザ光とこのレーザ光の前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる前記一定個数の干渉波形の周期を測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について作成する度数分布作成手順と、前記度数分布から前記干渉波形の周期の中央値を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する中央値算出手順と、前記度数分布から、前記中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、前記中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について補正する補正値算出手順と、前記周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の総和を、前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する周期和算出手順と、前記補正値算出手順で補正された干渉波形の数と前記周期和算出手順で算出された周期の総和とから、単位時間当たりの前記干渉波形の数を前記第１、第２の受光器の出力信号の各々について算出する個数算出手順と、前記第１、第２の半導体レーザの最小発振波長及び最大発振波長と前記個数算出手順で算出された干渉波形の数とから前記測定対象との距離及び前記測定対象の速度の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えるものである。
【発明の効果】
【００２７】
干渉型の距離計は、距離を測定する際、測定対象が静止していることが絶対条件であるため、速度を持つ測定対象との距離は測定できない。これに対して、本発明では、静止していない測定対象との距離も測定できる。つまり、本発明によれば、測定対象の速度（大きさ、方向）と距離を同時に測定することができる。また、本発明によれば、レーザ計測器の最小発振波長と最大発振波長と個数算出手段で算出された干渉波形の数とから、測定対象が等速度運動しているか等速度運動以外の運動をしているかを判定することができる。さらに、本発明では、発振波長の増減が逆になる第１、第２の半導体レーザから互いに平行なレーザ光を測定対象に同時に放射させ、第１、第２の受光器の出力信号に含まれる干渉波形の数を第１、第２の受光器の出力信号の各々について数えることにより、従来よりも短い時間で距離と速度を測定することができる。また、本発明では、計数期間中の干渉波形の周期を測定し、この測定結果から計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成し、度数分布から干渉波形の周期の中央値を算出し、度数分布から、中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて計数手段の計数結果を補正することにより、計数時の欠落や過剰な計数の影響を除去して、干渉波形の計数誤差を補正することができるので、距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明では、計数手段で干渉波形の数を数える代わりに、第１、第２の受光器の出力信号に含まれる一定個数の干渉波形の周期を測定し、この測定結果から干渉波形の周期の度数分布を作成し、度数分布から干渉波形の周期の中央値を算出し、度数分布から、中央値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、中央値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて干渉波形の一定個数を補正することにより、単位時間当たりの干渉波形の数の測定誤差を低減することができ、距離及び速度の測定精度をさらに向上させることができる。
【００２９】
また、本発明では、測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値と測定対象が変位状態にあると仮定した場合の速度の候補値のうち、状態判定部が真値でないと判断して選択しなかった方の速度の候補値が、状態判定部が真値であると判断して選択した方の距離の候補値に第１、第２の半導体レーザの波長変化率を掛けた値と略等しくなるように、第１、第２のレーザドライバから第１、第２の半導体レーザに供給される駆動電流のうち少なくとも一方の振幅を調整することにより、第１、第２の半導体レーザの波長変化量の絶対値を等しくすることができ、距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
本発明は、波長変調を用いたセンシングにおいて出射した波と対象物で反射した波の干渉信号をもとに距離を計測する手法である。したがって、自己結合型以外の光学式の干渉計、光以外の干渉計にも適用できる。半導体レーザの自己結合を用いる場合について、より具体的に説明すると、半導体レーザから測定対象にレーザ光を照射しつつ、レーザの発振波長を変化させると、発振波長が最小発振波長から最大発振波長まで変化する間（あるいは最大発振波長から最小発振波長まで変化する間）における測定対象の変位は、ＭＨＰの数に反映される。したがって、発振波長を変化させたときのＭＨＰの数を調べることで測定対象の状態を検出することができる。以上が、干渉計の基本的な原理である。
【００３１】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる距離・速度計の構成を示すブロック図である。図１の距離計は、測定対象１１にレーザ光を放射する第１、第２の半導体レーザ１−１，１−２と、半導体レーザ１−１，１−２の光出力をそれぞれ電気信号に変換する第１、第２の受光器であるフォトダイオード２−１，２−２と、半導体レーザ１−１，１−２からの光をそれぞれ集光して測定対象１１に照射すると共に、測定対象１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１−１，１−２に入射させるレンズ３−１，３−２と、半導体レーザ１−１，１−２に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させる第１、第２のレーザドライバ４−１，４−２と、フォトダイオード２−１，２−２の出力電流をそれぞれ電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅器５−１，５−２と、電流−電圧変換増幅器５−１，５−２の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ回路６−１，６−２と、フィルタ回路６−１，６−２の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を数える計数装置７と、測定対象１１との距離及び測定対象１１の速度を算出する演算装置８と、演算装置８の算出結果を表示する表示装置９と、半導体レーザ１−１，１−２の駆動電流の振幅が適切になるようにレーザドライバ４−１，４−２を制御する振幅調整装置１０とを有する。
【００３２】
以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
【００３３】
レーザドライバ４−１，４−２は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１−１，１−２に供給する。これにより、半導体レーザ１−１，１−２は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。このとき、レーザドライバ４−１，４−２は、半導体レーザ１−１と１−２とで発振波長の増減が逆になるように駆動電流を供給する。すなわち、半導体レーザ１−１と１−２は、発振波長の変化率の絶対値が同一で変化率の極性が逆になっている。したがって、半導体レーザ１−１の発振波長が最大値になったときに、半導体レーザ１−２の発振波長は最小値となり、半導体レーザ１−１の発振波長が最小値になったときに、半導体レーザ１−２の発振波長は最大値となる。
【００３４】
図２は半導体レーザ１−１，１−２の発振波長の時間変化を示す図である。図２において、ＬＤ１は半導体レーザ１−１の発振波形、ＬＤ２は半導体レーザ１−２の発振波形、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂ及び発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００３５】
半導体レーザ１−１，１−２から出射したレーザ光は、レンズ３−１，３−２によって集光され、測定対象１１に入射する。このとき、半導体レーザ１−１，１−２のレーザ光は互いに平行に出射して測定対象１１に入射する。測定対象１１で反射された半導体レーザ１−１，１−２の光は、それぞれレンズ３−１，３−２によって集光され、半導体レーザ１−１，１−２に入射する。なお、レンズ３−１，３−２による集光は必須ではない。フォトダイオード２−１，２−２は、それぞれ半導体レーザ１−１，１−２の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅器５−１，５−２は、それぞれフォトダイオード２−１，２−２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００３６】
フィルタ回路６−１，６−２は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図３（Ａ）、図３（Ｂ）はそれぞれ電流−電圧変換増幅器５−１，５−２の出力電圧波形を模式的に示す図、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）はそれぞれフィルタ回路６−１，６−２の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２−１，２−２の出力に相当する図３（Ａ）、図３（Ｂ）の波形（変調波）から、図２の半導体レーザ１−１，１−２の発振波形（搬送波）を除去して、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）のＭＨＰ波形（重畳波）を抽出する過程を表している。
【００３７】
計数装置７は、フィルタ回路６−１，６−２の出力に含まれる、単位時間当たりのＭＨＰの数をフィルタ回路６−１，６−２の各々について随時数える。図４は計数装置７の構成の１例を示すブロック図、図５は計数装置７の動作を示すフローチャートである。計数装置７は、切替スイッチ７０と、判定部７１−１，７１−２と、論理積演算部（ＡＮＤ）７２−１，７２−２と、カウンタ７３−１，７３−２と、計数結果補正部７４−１，７４−２と、記憶部７５と、周期和算出部７６−１，７６−２と、個数算出部７７−１，７７−２とから構成される。電流−電圧変換増幅器５−１，５−２とフィルタ回路６−１，６−２と計数装置７の判定部７１−１，７１−２とＡＮＤ７２−１，７２−２とカウンタ７３−１，７３−２とは、計数手段を構成している。
【００３８】
図６は計数結果補正部７４−１の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７４−１は、周期測定部７４０と、度数分布作成部７４１と、中央値算出部７４２と、補正値算出部７４３とから構成される。計数結果補正部７４−２の構成は、計数結果補正部７４−１と同じなので、説明は省略する。
【００３９】
図７（Ａ）〜図７（Ｆ）は計数装置７の動作を説明するための図であり、図７（Ａ）はフィルタ回路６−１，６−２の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に対応する判定部７１−１，７１−２の出力を示す図、図７（Ｃ）は計数装置７に入力されるゲート信号ＧＳ１を示す図、図７（Ｄ）は図７（Ｂ）に対応するカウンタ７３−１の計数結果を示す図、図７（Ｅ）は計数装置７に入力されるクロック信号ＣＬＫを示す図、図７（Ｆ）は図７（Ｂ）に対応する計数結果補正部７４−１の周期測定部７４０の測定結果を示す図である。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｆ）では、半導体レーザ１−１の発振波長が増加し、半導体レーザ１−２の発振波長が減少する第１の発振期間Ｐ１についての動作を示している。
【００４０】
まず、計数装置７の切替スイッチ７０は、切替時かどうかを判定し（図５ステップＳ１００）、切替時であればフィルタ回路６−１，６−２の出力と判定部７１−１，７１−２との接続を入れ替える（ステップＳ１０１）。切替スイッチ７０の切替時は、三角波の周期Ｔの１／２の時間毎に生じる。すなわち、切替スイッチ７０は、第１の発振期間Ｐ１においてはフィルタ回路６−１の出力を判定部７１−１の入力に接続して、フィルタ回路６−２の出力を判定部７１−２に接続し、第２の発振期間Ｐ２においてはフィルタ回路６−２の出力を判定部７１−１の入力に接続して、フィルタ回路６−１の出力を判定部７１−２に接続する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
つまり、判定部７１−１には、フィルタ回路６−１又は６−２の出力のうち、発振波長が増加している方の半導体レーザ１−１又は１−２に対応する出力が常に入力され、判定部７１−２には、フィルタ回路６−１又は６−２の出力のうち、発振波長が減少している方の半導体レーザ１−１又は１−２に対応する出力が常に入力されるようになっている。なお、現時点が第１の発振期間Ｐ１か第２の発振期間Ｐ２かはレーザドライバ４−１，４−２から通知されるようになっている。切替スイッチ７０は、レーザドライバ４−１，４−２からの通知に応じて切替動作を行う。
【００４２】
計数装置７の判定部７１−１は、図７（Ａ）に示すフィルタ回路６−１又は６−２の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図７（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、判定部７１−１は、フィルタ回路６−１又は６−２の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ回路６−１又は６−２の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ回路６−１又は６−２の出力を２値化する（図５ステップＳ１０２）。同様に、判定部７１−２は、フィルタ回路６−２又は６−１の出力を２値化する（ステップＳ１０２）。
【００４３】
ＡＮＤ７２−１は、判定部７１−１の出力と図７（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳ１との論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３−１は、図７（Ｄ）に示すようにＡＮＤ７２−１の出力の立ち上がりをカウントする（図５ステップＳ１０３）。同様に、ＡＮＤ７２−２は、判定部７１−２の出力とゲート信号ＧＳ２との論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３−２は、ＡＮＤ７２−２の出力の立ち上がりをカウントする（ステップＳ１０３）。ここで、ゲート信号ＧＳ１は、第１の計数期間の先頭で立ち上がり、第１の計数期間の終わりで立ち下がる信号であり、ゲート信号ＧＳ２は、第２の計数期間の先頭で立ち上がり、第２の計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７３−１，７３−２は、第１、第２の計数期間中のＡＮＤ７２−１，７２−２の出力の立ち上がりエッジの数（すなわち、ＭＨＰの立ち上がりエッジの数）を数えることになる。
【００４４】
一方、計数結果補正部７４−１の周期測定部７４０は、第１の計数期間中のＡＮＤ７２−１の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）をＡＮＤ７２−１の出力に立ち上がりエッジが発生する度に測定する（図５ステップＳ１０４）。このとき、周期測定部７４０は、図７（Ｅ）に示すクロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図７（Ｆ）の例では、周期測定部７４０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図７（Ｅ）、図７（Ｆ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５クロック、４クロック、２クロックである。クロック信号ＣＬＫの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
【００４５】
同様に、計数結果補正部７４−２の周期測定部７４０は、第２の計数期間中のＡＮＤ７２−２の出力の立ち上がりエッジの周期（ＭＨＰの周期）をＡＮＤ７２−２の出力に立ち上がりエッジが発生する度に測定する（ステップＳ１０４）。
記憶部７５は、カウンタ７３−１，７３−２の計数結果と計数結果補正部７４−１，７４−２のそれぞれの周期測定部７４０の測定結果を記憶する。
【００４６】
ここで、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）を用いて第１、第２の計数期間について説明する。図８（Ａ）、図８（Ｂ）はそれぞれ電流−電圧変換増幅器５−１，５−２の出力電圧波形を模式的に示す図、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）はそれぞれフィルタ回路６−１，６−２の出力電圧波形を模式的に示す図である。Ｐｎ１，Ｐｎ２，Ｐｎ３，Ｐｎ４，Ｐｎ５，Ｐｎ６，Ｐｎ７，Ｐｎ８は第１の計数期間、Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４，Ｐｍ５，Ｐｍ６，Ｐｍ７，Ｐｍ８は第２の計数期間、ｔｎ１，ｔｎ２，ｔｎ３，ｔｎ４，ｔｎ５，ｔｎ６，ｔｎ７，ｔｎ８はそれぞれ第１の計数期間Ｐｎ１，Ｐｎ２，Ｐｎ３，Ｐｎ４，Ｐｎ５，Ｐｎ６，Ｐｎ７，Ｐｎ８の中間の時刻、ｔｍ１，ｔｍ２，ｔｍ３，ｔｍ４，ｔｍ５，ｔｍ６，ｔｍ７，ｔｍ８はそれぞれ第２の計数期間Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４，Ｐｍ５，Ｐｍ６，Ｐｍ７，Ｐｍ８の中間の時刻である。
【００４７】
図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示すように、第１の計数期間Ｐｎ（Ｐｎ１，Ｐｎ２，Ｐｎ３，Ｐｎ４，Ｐｎ５，Ｐｎ６，Ｐｎ７，Ｐｎ８）は、フィルタ回路６−１又は６−２の出力のうち、発振波長が増加している方の半導体レーザ１−１又は１−２に対応する出力に対して設定され、第２の計数期間Ｐｍ（Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４，Ｐｍ５，Ｐｍ６，Ｐｍ７，Ｐｍ８）は、フィルタ回路６−１又は６−２の出力のうち、発振波長が減少している方の半導体レーザ１−１又は１−２に対応する出力に対して設定される。
【００４８】
第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍは、第１の発振期間Ｐ１及び第２の発振期間Ｐ２の長さ、すなわち三角波の周期Ｔの１／２の時間よりも短いことが好ましい。また、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍは、時間がずれていることが必要である。ただし、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍは、時間が一部重なっていても構わない。また、第１の計数期間Ｐｎ同士で時間が一部重なっていても構わないし、第２の計数期間Ｐｍ同士で時間が一部重なっていても構わない。
【００４９】
ゲート信号ＧＳ１が立ち下がり、第１の計数期間Ｐｎが終了した後、計数結果補正部７４−１の度数分布作成部７４１は、記憶部７５に記憶された、計数結果補正部７４−１の周期測定部７４０の測定結果から第１の計数期間Ｐｎ中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する（図５ステップＳ１０５）。同様に、第２の計数期間Ｐｍが終了した後、計数結果補正部７４−２の度数分布作成部７４１は、計数結果補正部７４−２の周期測定部７４０の測定結果から第２の計数期間Ｐｍ中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する（ステップＳ１０５）。なお、ｎが小さいときは中央値を求めるための度数が少なく、中央値を求める精度が低下するため、第１の計数期間Ｐｎ中のＭＨＰの周期の中央値を求めるときの度数分布は、Ｐｎよりも以前の周期も用いると連続したノイズに強くなる。
【００５０】
続いて、計数結果補正部７４−１の中央値算出部７４２は、計数結果補正部７４−１の度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、第１の計数期間Ｐｎ中のＭＨＰの周期の中央値（メジアン）Ｔ０を算出する（図５ステップＳ１０６）。同様に、計数結果補正部７４−２の中央値算出部７４２は、計数結果補正部７４−２の度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、第２の計数期間Ｐｍ中のＭＨＰの周期の中央値Ｔ０を算出する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
計数結果補正部７４−１の補正値算出部７４３は、計数結果補正部７４−１の度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、第１の計数期間Ｐｎ中の周期の中央値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、第１の計数期間Ｐｎ中の周期の中央値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、カウンタ７３−１の計数結果を次式のように補正する（図５ステップＳ１０７）。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓ                                            ・・・（２）
式（２）において、Ｎはカウンタ７３−１の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎ’は補正後の計数結果である。
【００５２】
同様に、計数結果補正部７４−２の補正値算出部７４３は、計数結果補正部７４−２の度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、第２の計数期間Ｐｍ中の周期の中央値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、第２の計数期間Ｐｍ中の周期の中央値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、カウンタ７３−２の計数結果Ｎを式（２）のように補正する（ステップＳ１０７）。
【００５３】
図９にＭＨＰの周期の度数分布の１例を示す。図９において、ＴｓはＭＨＰの周期の中央値Ｔ０の０．５倍の階級値、Ｔｗは中央値Ｔ０の１．５倍の階級値である。図９における階級が、ＭＨＰの周期の代表値であることは言うまでもない。なお、図９では記載を簡略化するために、中央値Ｔ０とＴｓとの間、及び中央値Ｔ０とＴｗとの間の度数分布を省略している。
【００５４】
図１０はカウンタ７３−１，７３−２の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１０（Ａ）はフィルタ回路６−１の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に対応するカウンタ７３−１の計数結果を示す図である。
本来、ＭＨＰの周期は測定対象１１との距離によって異なるが、測定対象１１との距離が不変であれば、ＭＨＰは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、ＭＨＰの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、ＭＨＰの数に誤差が生じる。
【００５５】
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのＭＨＰの周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が中央値Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗ以上の階級の度数の総和Ｎｗを信号が欠落した回数と見なし、このＮｗをカウンタ７３−１の計数結果Ｎに加算することで、信号の欠落を補正することができる。
【００５６】
また、ノイズをカウントした箇所でのＭＨＰの周期Ｔｓは、本来の周期のおよそ０．５倍になる。つまり、ＭＨＰの周期が中央値のおよそ０．５倍以下の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓ以下の階級の度数の総和Ｎｓを信号を過剰に数えた回数と見なし、このＮｓをカウンタ７３−１の計数結果Ｎから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。
【００５７】
以上が、式（２）に示した計数結果の補正原理である。カウンタ７３−２の計数結果も同じ原理で補正できる。なお、本実施の形態では、Ｔｓを周期の中央値Ｔ０の０．５倍の値とし、Ｔｗを中央値Ｔ０の２倍の値とせずに、１．５倍の値としているが、１．５倍とした理由については後述する。
【００５８】
次に、計数装置７の周期和算出部７６−１は、記憶部７５に記憶された、計数結果補正部７４−１の周期測定部７４０の測定結果から第１の計数期間Ｐｎ中のＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍを算出する（図５ステップＳ１０８）。同様に、周期和算出部７６−２は、計数結果補正部７４−２の周期測定部７４０の測定結果から第２の計数期間Ｐｍ中のＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍを算出する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
計数装置７の個数算出部７７−１は、第１の計数期間Ｐｎ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｎ（発振波長が増加している方の半導体レーザの干渉波形の数）を算出し、個数算出部７７−２は、第２の計数期間Ｐｍ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｍ（発振波長が減少している方の半導体レーザの干渉波形の数）を算出する（図５ステップＳ１０９）。個数算出部７７−１は、計数結果補正部７４−１の補正値算出部７４３によって算出された補正後の計数結果Ｎ’を周期和算出部７６−１によって算出された第１の計数期間中のＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍで割ることにより、第１の計数期間Ｐｎ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｎを算出する。
ｎ＝Ｎ’／Ｓｕｍ                                                ・・・（３）
【００６０】
同様に、個数算出部７７−２は、計数結果補正部７４−２の補正値算出部７４３によって算出された補正後の計数結果Ｎ’を周期和算出部７６−２によって算出された第２の計数期間中のＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍで割ることにより、第２の計数期間Ｐｍ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｍを算出する。
【００６１】
計数装置７は、以上のような処理を第１の計数期間Ｐｎ毎及び第２の計数期間Ｐｍ毎に行う。図８（Ｃ）、図８（Ｄ）から明らかなように、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍは交互に存在する。したがって、第１の計数期間Ｐｎにおいて判定部７１−１、ＡＮＤ７２−１、カウンタ７３−１、計数結果補正部７４−１、記憶部７５、周期和算出部７６−１及び個数算出部７７−１の動作によってＭＨＰの数ｎが算出され、次に第２の計数期間Ｐｍにおいて判定部７１−２、ＡＮＤ７２−２、カウンタ７３−２、計数結果補正部７４−２、記憶部７５、周期和算出部７６−２及び個数算出部７７−２の動作によってＭＨＰの数ｍが算出される、といったようにＭＨＰの数ｎとｍは交互に求められる。
【００６２】
次に、演算装置８は、半導体レーザ１−１，１−２の最小発振波長λａと最大発振波長λｂとＭＨＰの数ｎ，ｍに基づいて、測定対象１１との距離および測定対象１１の速度を算出する。図１１は演算装置８の構成の１例を示すブロック図、図１２は演算装置８の動作を示すフローチャートである。演算装置８は、半導体レーザ１−１，１−２の最小発振波長λａと最大発振波長λｂとＭＨＰの数ｎ，ｍに基づいて測定対象１１との距離の候補値と測定対象１１の速度の候補値とを算出する距離・速度算出部８０と、距離・速度算出部８０で算出された距離の候補値と直前に算出された距離の候補値との差である履歴変位を算出する履歴変位算出部８１と、距離・速度算出部８０と履歴変位算出部８１の算出結果を記憶する記憶部８２と、距離・速度算出部８０と履歴変位算出部８１の算出結果に基づいて測定対象１１の状態を判定する状態判定部８３と、状態判定部８３の判定結果に基づいて測定対象１１との距離及び測定対象１１の速度を確定する距離・速度確定部８４とから構成される。
【００６３】
本実施の形態では、測定対象１１の状態を所定の条件を満たす微小変位状態、あるいは微小変位状態よりも動きが大きい変位状態のいずれかであるとする。計数期間Ｐｎと計数期間Ｐｍの１期間あたりの測定対象１１の平均変位をＶとしたとき、微小変位状態とは（λｂ−λａ）／λｂ＞Ｖ／Ｌｂを満たす状態であり、変位状態とは（λｂ−λａ）／λｂ≦Ｖ／Ｌｂを満たす状態である。ただし、Ｌｂは時刻ｔｎ（ｔｎ１，ｔｎ２，ｔｎ３，ｔｎ４，ｔｎ５，ｔｎ６，ｔｎ７，ｔｎ８）又はｔｍ（ｔｍ１，ｔｍ２，ｔｍ３，ｔｍ４，ｔｍ５，ｔｍ６，ｔｍ７，ｔｍ８）のときの距離である。なお、計数期間Ｐｎと計数期間Ｐｍとを合わせた時間によって変位Ｖを正規化すれば測定対象１１の速度を得ることができる。
【００６４】
まず、演算装置８の距離・速度算出部８０は、現時刻ｔにおける距離の候補値Ｌα（ｔ），Ｌβ（ｔ）と速度の候補値Ｖα（ｔ），Ｖβ（ｔ）を次式のように算出して、記憶部８２に格納する（図１２ステップＳ２００）。
Ｌα（ｔ）＝λａ×λｂ×（ＭＨＰ（ｔ−１）＋ＭＨＰ（ｔ））
／｛４×（λｂ−λａ）｝                            ・・・（４）
Ｌβ（ｔ）＝λａ×λｂ×（｜ＭＨＰ（ｔ−１）−ＭＨＰ（ｔ）｜）
／｛４×（λｂ−λａ）｝                            ・・・（５）
Ｖα（ｔ）＝（ＭＨＰ（ｔ−１）−ＭＨＰ（ｔ））×λｂ／４        ・・・（６）
Ｖβ（ｔ）＝（ＭＨＰ（ｔ−１）＋ＭＨＰ（ｔ））×λｂ／４        ・・・（７）
【００６５】
式（４）〜式（７）において、ＭＨＰ（ｔ）は現時刻ｔにおいて算出されたＭＨＰの数、ＭＨＰ（ｔ−１）はＭＨＰ（ｔ）の１回前に算出されたＭＨＰの数である。例えば、ＭＨＰ（ｔ）が計数装置７の個数算出部７７−２によって算出された数ｍであるとすれば、ＭＨＰ（ｔ−１）は個数算出部７７−１によって算出された数ｎであり、逆にＭＨＰ（ｔ）が個数算出部７７−１によって算出された数ｎであるとすれば、ＭＨＰ（ｔ−１）は個数算出部７７−２によって算出された数ｍである。
【００６６】
なお、上述の式（４）及び（５）は、半導体レーザ１−１，１−２にモードホッピング現象を持たない型のものを用いる場合を想定したものである。もし、半導体レーザ１−１，１−２にモードホッピング現象を持つ型のものを用いる場合は、上記の式（４）及び（５）に代えて下記の式（４Ａ）及び（５Ａ）を用いる必要がある。
Ｌα（ｔ）＝λａ×λｂ×（ＭＨＰ（ｔ−１）＋ＭＨＰ（ｔ））
／｛４×（λｂ−λａ−Σλｍｐ）｝                ・・・（４Ａ）
Ｌβ（ｔ）＝λａ×λｂ×（｜ＭＨＰ（ｔ−１）−ＭＨＰ（ｔ）｜）
／｛４×（λｂ−λａ−Σλｍｐ）｝                ・・・（５Ａ）
ここでλｍｐは、モードホッピング現象によって不連続となった周波数の幅の大きさを表す。ひとつの期間ｔの中で複数のモードホッピング現象が生じる場合、いずれのλｍｐもほぼ同じ大きさを示す。Σλｍｐは、ひとつの期間ｔの中で生じたモードホッピング現象による周波数の不連続幅の大きさλｍｐを全て加算した値である。
【００６７】
候補値Ｌα（ｔ），Ｖα（ｔ）は測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した値であり、候補値Ｌβ（ｔ），Ｖβ（ｔ）は測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した値である。演算装置８は、式（４）〜式（７）の計算を計数装置７によってＭＨＰの数が算出される時刻毎に行う。
【００６８】
続いて、演算装置８の履歴変位算出部８１は、微小変位状態と変位状態の各々について、現時刻ｔにおける距離の候補値と、記憶部８２に格納された、直前の時刻における距離の候補値との差である履歴変位を次式のように算出して、記憶部８２に格納する（図１２ステップＳ２０１）。なお、式（８）、式（９）では、現時刻ｔの１回前に算出された距離の候補値をＬα（ｔ−１），Ｌβ（ｔ−１）としている。
Ｖｃａｌα（ｔ）＝Ｌα（ｔ）−Ｌα（ｔ−１）                    ・・・（８）
Ｖｃａｌβ（ｔ）＝Ｌβ（ｔ）−Ｌβ（ｔ−１）                    ・・・（９）
【００６９】
履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）は測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した値であり、履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）は測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した値である。演算装置８は、式（８）〜式（９）の計算を計数装置７によってＭＨＰの数が算出される時刻毎に行う。なお、式（６）〜式（９）においては、測定対象１１が本実施の形態の距離・速度計に近づく方向を正の速度、遠ざかる方向を負の速度と定めている。
次に、演算装置８の状態判定部８３は、記憶部８２に格納された式（４）〜式（９）の算出結果を用いて、測定対象１１の状態を判定する（図１２ステップＳ２０２）。
【００７０】
特許文献１に記載されているように、測定対象１１が微小変位状態で移動（等速度運動）している場合、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の符号は一定で、かつ測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とが等しくなる。また、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動している場合、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の符号は、ＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転する。
【００７１】
したがって、状態判定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の符号が一定で、かつ測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とが等しい場合、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動していると判定する。
【００７２】
特許文献１に記載されているように、測定対象１１が変位状態で移動（等速度運動）している場合、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の符号は一定で、かつ測定対象１１を変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値とが等しくなる。また、測定対象１１が変位状態で等速度運動している場合、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の符号はＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転する。
【００７３】
したがって、状態判定部８３は、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の符号が一定で、かつ測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値とが等しい場合、測定対象１１が変位状態で等速度運動していると判定する。
【００７４】
特許文献１に記載されているように、測定対象１１が微小変位状態で、等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とは一致しない。同様に、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値も一致しない。
【００７５】
また、測定対象１１が微小変位状態で、等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の符号はＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転し、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）では符号の変動はあっても、この変動はＭＨＰの数が算出される時刻毎ではない。
【００７６】
したがって、状態判定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の符号がＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転し、かつ測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とが一致しない場合、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定する。
【００７７】
なお、速度の候補値Ｖβ（ｔ）に着目すると、Ｖβ（ｔ）の絶対値は定数となり、この絶対値は、測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した距離の候補値Ｌα（ｔ）に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しい。そこで、状態判定部８３は、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）の絶対値が、距離の候補値Ｌα（ｔ）に波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しく、かつ測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とが一致しない場合、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定してもよい。
【００７８】
特許文献１に記載されているように、測定対象１１が変位状態で、等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）と測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）の絶対値の平均値とは一致せず、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値も一致しない。
【００７９】
また、測定対象１１が変位状態で、等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象１１を変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の符号はＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転し、測定対象１１を微小変位状態と仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌα（ｔ）では符号の変動はあっても、この変動はＭＨＰの数が算出される時刻毎ではない。
【００８０】
したがって、状態判定部８３は、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の符号がＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転し、かつ測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値とが一致しない場合、測定対象１１が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定する。
【００８１】
なお、速度の候補値Ｖα（ｔ）に着目すると、Ｖα（ｔ）の絶対値は定数となり、この絶対値は、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した距離の候補値Ｌβ（ｔ）に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しい。したがって、状態判定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖα（ｔ）の絶対値が、距離の候補値Ｌβ（ｔ）に波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しく、かつ測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した速度の候補値Ｖβ（ｔ）と履歴変位Ｖｃａｌβ（ｔ）の絶対値の平均値とが一致しない場合、測定対象１１が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定してもよい。
【００８２】
以上の状態判定部８３の判定動作を図１３に示す。演算装置８の距離・速度確定部８４は、状態判定部８３の判定結果に基づいて測定対象１１の速度及び測定対象１１との距離を確定する（図１２ステップＳ２０３）。
【００８３】
すなわち、距離・速度確定部８４は、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動していると判定された場合、速度の候補値Ｖα（ｔ）を測定対象１１の速度とし、距離の候補値Ｌα（ｔ）を測定対象１１との距離とし、測定対象１１が変位状態で等速度運動していると判定された場合、速度の候補値Ｖβ（ｔ）を測定対象１１の速度とし、距離の候補値Ｌβ（ｔ）を測定対象１１との距離とする。
【００８４】
また、距離・速度確定部８４は、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、速度の候補値Ｖα（ｔ）を測定対象１１の速度とし、距離の候補値Ｌα（ｔ）を測定対象１１との距離とする。ただし、実際の距離は、距離の候補値Ｌα（ｔ）の平均値となる。また、距離・速度確定部８４は、測定対象１１が変位状態で等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、速度の候補値Ｖβ（ｔ）を測定対象１１の速度とし、距離の候補値Ｌβ（ｔ）を測定対象１１との距離とする。ただし、実際の距離は、距離の候補値Ｌβ（ｔ）の平均値となる。
【００８５】
なお、ＭＨＰ（ｔ−１）とＭＨＰ（ｔ）の大小関係によって、Ｖβ（ｔ）は必ず正の値となり、Ｖα（ｔ）は正又は負の値のいずれかとなるが、これらの符号は測定対象１１の速度の向きを表現したものではない。発振波長が増加している方の半導体レーザのＭＨＰの数が、発振波長が減少している方の半導体レーザのＭＨＰの数よりも大きいとき、すなわちｎ＞ｍのとき、測定対象１１の速度は正方向（レーザに接近する方向）となる。
【００８６】
演算装置８は、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０３の処理を例えばユーザから計測終了の指示があるまで（図１２ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、計数装置７によってＭＨＰの数が算出される時刻毎に行う。
表示装置９は、演算装置８によって算出された測定対象１１との距離及び測定対象１１の速度をリアルタイムで表示する。
【００８７】
一方、振幅調整装置１０は、演算装置８の状態判定部８３の判定結果を用いて、半導体レーザ１−１，１−２の三角波駆動電流の振幅が適切になるようにレーザドライバ４−１，４−２を制御する。振幅調整装置１０は、演算装置８の距離・速度算出部８０が算出した速度の候補値Ｖα（ｔ），Ｖβ（ｔ）のうち、状態判定部８３が真値でないと判断して選択しなかった方の速度の候補値を用いて振幅調整を行う。測定対象１１が微小変位状態で等速度運動又は等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、状態判定部８３が選択しなかった速度の候補値はＶβ（ｔ）であり、測定対象１１が変位状態で等速度運動又は等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、状態判定部８３が選択しなかった速度の候補値はＶα（ｔ）である。
【００８８】
振幅調整装置１０は、状態判定部８３が選択しなかった方の速度の候補値が、状態判定部８３が真値であると判断して選択した方の距離の候補値に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と略等しくなるように、レーザドライバ４−１，４−２を通じて三角波駆動電流の振幅を調整する。このとき、レーザドライバ４−１から半導体レーザ１−１に供給する駆動電流とレーザドライバ４−２から半導体レーザ１−２に供給する駆動電流の両方を振幅調整してもよいし、どちらか一方を調整してもよい。
【００８９】
図１４はレーザドライバ４−１，４−２から半導体レーザ１−１，１−２に供給される三角波駆動電流の振幅の調整方法を説明するための図である。振幅調整装置１０からの指示に応じて、レーザドライバ４−１，４−２は、駆動電流の最大値を一定値（図１４の例では半導体レーザ１−１，１−２によって規定される駆動電流の上限値ＣＬ）に固定したまま、駆動電流の最小値を大きくするか或いは小さくすることで、駆動電流の振幅ＡＭＰを調整する。こうして、駆動電流の振幅を適切な値に設定することができる。
【００９０】
本実施の形態のように複数の半導体レーザ１−１，１−２を用いる距離・速度計では、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化量の絶対値に差異が存在すると、測定値に誤差を生じる。そこで、本実施の形態のように、三角波駆動電流の振幅を調整することにより、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化量の絶対値を等しくすることができ、距離及び速度の測定誤差を低減することができる。
なお、本実施の形態では、状態判定部８３が選択しなかった方の速度の候補値が、状態判定部８３が真値であると判断して選択した方の距離の候補値に波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しくなるように、三角波駆動電流の振幅を調整しているが、速度の候補値と、距離の候補値に波長変化率を掛けた値とを完全に等しくする必要はなく、略等しい状態であればよい。
【００９１】
以上のように、本実施の形態では、半導体レーザ１−１，１−２に発振波長が連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返させ、フォトダイオード２−１，２−２の出力信号に含まれるＭＨＰの数を、フォトダイオード２−１と２−２の各々について数え、この計数結果と半導体レーザ１−１，１−２の最小発振波長λａと最大発振波長λｂとから、測定対象１１との距離及び測定対象１１の速度を算出することができる。その結果、本実施の形態では、（ａ）装置を小型化することができ、（ｂ）高速の回路が不要で、（ｃ）外乱光に強く、（ｄ）測定対象を選ばないといった従来の自己結合型のレーザ計測器の利点を活かしつつ、測定対象１１との距離だけでなく、測定対象１１の速度も計測することができる。また、本実施の形態によれば、測定対象１１が等速度運動しているか等速度運動以外の運動をしているかを判定することができる。
【００９２】
また、本実施の形態では、発振波長の増減が逆になる半導体レーザ１−１，１−２から互いに平行なレーザ光を測定対象１１に同時に放射させ、第１の発振期間及び第２の発振期間よりも短い第１の計数期間Ｐｎにおいてフォトダイオード２−１又は２−２の出力に含まれるＭＨＰの数ｎを求め、第１の発振期間及び第２の発振期間よりも短く、かつ第１の計数期間Ｐｎと少なくとも一部の時刻が異なる第２の計数期間Ｐｍにおいてフォトダイオード２−２又は２−１の出力に含まれるＭＨＰの数ｍを求めることにより、特許文献１に開示された距離・速度計よりも短い時間で距離と速度を測定することができる。特許文献１に開示された距離・速度計では、例えば第１の発振期間ｔ−１と第２の発振期間ｔと第１の発振期間ｔ＋１の少なくとも３回にわたってＭＨＰの数を数える必要があるが、本実施の形態では、例えば第１の計数期間Ｐｎ１と第２の計数期間Ｐｍ１と第１の計数期間Ｐｎ２の少なくとも３回にわたってＭＨＰの数を数えればよい。
【００９３】
また、本実施の形態では、計数期間中のＭＨＰの周期を測定し、この測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、度数分布からＭＨＰの周期の中央値を算出し、度数分布から、中央値の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、中央値の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいてカウンタの計数結果を補正することにより、ＭＨＰの計数誤差を補正することができるので、距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
さらに、本実施の形態では、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化量の絶対値を等しくすることにより、距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態において算出される速度及び距離は、図８の時刻ｔｎ（ｔｎ１，ｔｎ２，ｔｎ３，ｔｎ４，ｔｎ５，ｔｎ６，ｔｎ７，ｔｎ８）と時刻ｔｍ（ｔｍ１，ｔｍ２，ｔｍ３，ｔｍ４，ｔｍ５，ｔｍ６，ｔｍ７，ｔｍ８）との中間の時刻における値となる。例えば第１の計数期間Ｐｎ１におけるＭＨＰの数ｎと第２の計数期間Ｐｍ１におけるＭＨＰの数ｍとを用いて算出された速度及び距離は、時刻ｔｎ１とｔｍ１との中間の時刻における値であり、第２の計数期間Ｐｍ１におけるＭＨＰの数ｍと第１の計数期間Ｐｎ２におけるＭＨＰの数ｎとを用いて算出された速度及び距離は、時刻ｔｍ１とｔｎ２との中間の時刻における値である。そこで、図４に示した計数装置７の内部に、速度及び距離の算出値に対応する時刻を計算する時刻計算手段を設けるようにしてもよい。
【００９５】
次に、本実施の形態において、ＭＨＰの基準周期として周期の度数分布の中央値を用いる理由、及び度数Ｎｗを求める際の周期のしきい値を中央値の１．５倍とする理由について説明する。
最初に、誤ってノイズを数えてしまったために、ＭＨＰの周期が２分割された場合の計数結果の補正について説明する。半導体レーザの発振波長変化が線形である場合、ＭＨＰの周期は計数期間をＭＨＰの数Ｎで除算したＴ０を中心にして正規分布する（図１５）。
【００９６】
次に、ノイズによって２分割されたＭＨＰの周期を考える。ノイズを過剰に数えた結果として２分割されたＭＨＰの周期は、ランダムな割合で２分割されるが、分割される前の周期がＴ０を中心とした正規分布であるために、０．５Ｔ０に対して対称な度数分布になる（図１６のａ）。
【００９７】
このノイズを含むＭＨＰの周期の度数分布について、ＭＨＰのｋ％がノイズによって周期が２分割されたと仮定したとき、ＭＨＰの周期の平均値及び中央値を算出する。
全ての周期の和は常に計数期間であり、変化はないが、ＭＨＰのｋ％がノイズによって周期が２分割されると、度数の積分値は（１＋ｋ［％］）Ｎになるため、ＭＨＰの周期の平均値は（１／（１＋ｋ［％］））Ｔ０になる。
【００９８】
一方、ノイズの分布で正規分布に重なったところを無視した場合、２分割されたノイズの累積度数は中央値とＴ０との間の階級に含まれる度数の２倍になるため、ＭＨＰの周期の中央値は図１７のｂの面積がａの面積の２倍になる位置になる。
【００９９】
マイクロソフト社のソフトウェアであるＥｘｃｅｌ（登録商標）に、正規分布の平均値からασ間の両側値の内部割合が「（１−（１−ＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（α））＊２）＊１００［％］」で表現できるＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（）という関数があり、この関数を利用すると、ＭＨＰの周期の中央値を以下の式で表すことができる。
（１−（１−ＮＯＲＭＳＤＩＳＴ（（中央値−Ｔ０）／σ））＊２）
＊（１００−ｋ）／２＝ｋ［％］                              ・・・（１０）
【０１００】
以上をもとに、標準偏差σを０．０２Ｔ０とし、ＭＨＰの１０％がノイズによって周期が２分割されたとしたときのＭＨＰの周期の平均値Ｔ０’および中央値Ｔ０’を算出すると、以下のようになる。
Ｔ０’＝（１／（１＋０．１））Ｔ０＝０．９１Ｔ０              ・・・（１１）
Ｔ０’＝０．９９５Ｔ０                                        ・・・（１２）
なお、ここでは平均値、中央値共にＴ０’で表すものとする。カウンタ値（度数の積分値）は、１．１Ｎとなり、カウント誤差は１０％となる。
【０１０１】
ここで、ある周期ＴａのＭＨＰが２分割された後の２つの周期Ｔ１，Ｔ２（Ｔ１≧Ｔ２とする）のとり得る期間の確率を考える。ノイズはランダムに生じると仮定すると、図１８に示すようにＴ２は０＜Ｔ２≦Ｔａ／２の値を同じ確率でとり得る。Ｔ１も同様にＴ／２≦Ｔ１＜Ｔａの値を同じ確率でとり得る。図１８におけるＴ１の取り得る確率分布の面積とＴ２の取り得る確率分布の面積は共に１である。
【０１０２】
周期ＴａはＴ０を中心とした正規分布をしているので、Ｔａを集合としてとらえると、Ｔ２のとり得る確率の度数分布は、平均値が０．５Ｔ０、標準偏差０．５σの正規分布の累積度数分布と同じ形状になる。
また、図１９に示すように、Ｔ１のとり得る確率の度数分布は平均値が０．５Ｔ０、標準偏差０．５σの正規分布の累積度数分布と平均値がＴ０、標準偏差σの正規分布の累積度数分布を重ねたような形状になる。ここで、Ｔ１、Ｔ２それぞれの数は、周期が２分割されたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎに等しい。
【０１０３】
ノイズによって周期が２分割されたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎを数えることができれば、以下の式を用いてＭＨＰの数Ｎを導出することができる。
Ｎ＝Ｎ’−ｋ［％］・Ｎ                                        ・・・（１３）
図２０に示すように、Ｔｂ以下の周期を持つＭＨＰの数Ｎｓが２分割されたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎと等しくなるようにＴｂを設定することができれば、Ｔｂ以下の周期を持つＭＨＰの数Ｎｓを数えることで、周期が２分割されたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎを間接的に数えることができる。
【０１０４】
図２０において、Ｔｂ以上の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ２の度数（図２０のｃ）とＴｂ未満の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ１の度数（図２０のｄ）が同じになるとき、Ｔｂ以下の周期を持つＭＨＰの数は、Ｔ２の数、つまり周期が２分割されたＭＨＰの数Ｎｓ（＝ｋ［％］・Ｎ）と等しくなる。つまり、ＭＨＰの数Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝Ｎ’−ｋ［％］・Ｎ＝Ｎ’−Ｎｓ                            ・・・（１４）
Ｔ１およびＴ２の度数形状は、０．５Ｔａで対称の形状であるため、０．５Ｔａをしきい値にして判断すると、周期が２分割されたＭＨＰの度数Ｎｓ（＝ｋ［％］・Ｎ）を正確に数えることができる。
【０１０５】
次に、０．５Ｔ０以下の周期を持つＭＨＰの数を数えることで、周期が２分割されたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎの数を間接的に数えることができるが、ノイズを含むＭＨＰの周期の度数分布（図１６）からは、Ｔ０を算出することができない。ＭＨＰの母集団が図１６の度数分布のように最頻値（モード）がＴ０と等しくなるほど理想的でかつ母数が大きければ、最頻値をＴ０’として用いることができる。
【０１０６】
ここでは、平均値又は中央値Ｔ０’を用いたＭＨＰの数ｋ［％］・Ｎの計数について記載する。Ｔ０’＝ｙ・Ｔ０で表し、Ｔ０の代わりにＴ０’を代入してＮｓを求めると、周期が２分割されたＭＨＰの数として判断する０．５Ｔ０’よりも小さな周期の度数Ｎｓ’は、ｙ・ｋ［％］・Ｎになる（図２１）。
【０１０７】
平均値又は中央値Ｔ０’を用いた場合、補正後のカウント値Ｎｔは以下のように表される。
Ｎｔ＝Ｎ’−Ｎｓ’＝（１＋ｋ［％］）Ｎ−ｙｋ［％］Ｎ
＝（１＋（１−ｙ）ｋ［％］）Ｎ＝Ｎ＋（１−ｙ）ｋ［％］Ｎ    ・・（１５）
なお、補正後の誤差である（１−ｙ）ｋ［％］Ｎは、図２２のｅの部分の度数である。
【０１０８】
ここで、平均値又は中央値Ｔ０’を用いたカウンタ７３−１，７３−２の計数結果の補正例について説明する。
標準偏差をσ＝０．０２Ｔ０とし、ＭＨＰの１０％がノイズによって周期が２分割されたとすると（計数結果は１０％の誤差）、ＭＨＰの周期の平均値Ｔ０’は０．９１Ｔ０、中央値Ｔ０’は０．９９４９Ｔ０であるから、平均値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．９１、中央値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．９９４９であり、補正後の計数結果Ｎ’は以下のように算出される。
Ｎ’＝（１＋０．１（１−０．９１））Ｎ＝１．００９Ｎ          ・・・（１６）
Ｎ’＝（１＋０．１（１−０．９９５））Ｎ＝１．０００５Ｎ      ・・・（１７）
【０１０９】
式（１６）は平均値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示し、式（１７）は中央値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示している。平均値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．９％であり、中央値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．０５％である。
【０１１０】
次に、標準偏差をσ＝０．０５Ｔ０とし、ＭＨＰの２０％がノイズによって周期が２分割されたとすると（計数結果は２０％の誤差）、ＭＨＰの周期の平均値Ｔ０’は０．８３Ｔ０、中央値Ｔ０’は０．９６８２Ｔ０であるから、平均値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．８３、中央値Ｔ０’を用いる場合のｙは０．９６８であり、補正後の計数結果Ｎ’は以下のように算出される。
Ｎ’＝（１＋０．２（１−０．８３））Ｎ＝１．０３４Ｎ          ・・・（１８）
Ｎ’＝（１＋０．２（１−０．９６８））Ｎ＝１．００６４Ｎ      ・・・（１９）
【０１１１】
式（１８）は平均値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示し、式（１９）は中央値Ｔ０’を用いた場合の補正後の計数結果Ｎ’を示している。平均値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は３．４％であり、中央値Ｔ０’を用いた場合の計数結果Ｎ’の誤差は０．６４％である。
以上のことから、ＭＨＰの周期の中央値を使用して計数結果Ｎを補正すれば、補正後の計数結果Ｎ’の誤差を小さくできることが分かる。
【０１１２】
次に、ＭＨＰの波形に欠落が生じた場合の計数結果の補正について説明する。ＭＨＰの強度が小さいために計数時に欠落が生じた場合のＭＨＰの周期は、本来のＭＨＰの周期がＴ０を中心とした正規分布であるために、平均値が２Ｔ０、標準偏差２σの正規分布（図２３のｆ）になる。ｊ［％］のＭＨＰが欠落したとすると、この欠落によって周期が２倍になったＭＨＰの周期の度数はＮｗ（＝ｊ［％］・Ｎ）である。また、計数時の欠落によって減少した後のおおよそＴ０の周期の度数は、図２３に示すｇであり、図２３のｈに示す度数の減少分は２Ｎｗ（＝２ｊ［％］）である。したがって、計数時にＭＨＰの欠落が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’は以下の式で表すことができる。
Ｎ’＝Ｎ＋ｊ［％］＝Ｎ＋Ｎｗ                                  ・・・（２０）
【０１１３】
次に、計数結果を補正するためのＮｗを数える際の周期のしきい値について考える。ここで、計数時の欠落によって周期が２倍になったＭＨＰの周期の度数Ｎｗのうちノイズによってｐ［％］が２分割された場合を仮定する。欠落したＭＨＰのうち２分割されたＭＨＰの周期の度数は、Ｎｗ’（＝ｊ・ｐ［％］・Ｎ）である。再度２分割されたＭＨＰの周期の度数分布は、図２４のようになる。Ｎｗとみなす周期のしきい値を１．５Ｔ０にすると、周期が０．５Ｔ０以下のＭＨＰの周期の度数は０．５Ｎｗ’（＝０．５ｐ［％］・Ｎｗ）、周期が０．５Ｔ０から１．５Ｔ０までのＭＨＰの周期の度数はＮｗ’（＝ｐ［％］・Ｎｗ）、周期が１．５Ｔ０以上のＭＨＰの周期の度数は０．５Ｎｗ’（＝０．５ｐ［％］・Ｎｗ）となる。
【０１１４】
よって、全てのＭＨＰの周期の度数分布は図２５のようになり、Ｎｓのしきい値を０．５Ｔ０、Ｎｗのしきい値を１．５Ｔ０にすると、計数結果Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝（Ｎ’−２Ｎｗ）＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）＋２Ｎｗ’＝Ｎ’−Ｎｗ＋Ｎｗ’
・・・（２１）
【０１１５】
式（２１）より補正された結果は以下のようになり、計数時にＭＨＰの欠落が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’が算出されることが分かる。
Ｎ−０．５Ｎｗ’＋（０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’））
＝（Ｎ−Ｎｗ＋Ｎｗ’）＋（０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’））
＝Ｎ’                                                      ・・・（２２）
【０１１６】
以上のことから、度数Ｎｗを求める際の周期のしきい値を中央値の１．５倍とすれば、計数結果Ｎを補正できることが分かる。なお、ノイズによってＭＨＰの周期が２分割された場合と同様に、Ｔ０の代わりに中央値を用いて補正するため、同様の誤差が生じる。
【０１１７】
以上の説明では、ノイズを過剰に数えた結果ＭＨＰの周期が２分割された場合と計数時の欠落によってＭＨＰの周期が２倍になった場合を別々に説明したが、これらは独立して生じるため、これらの場合を１つの度数分布に表現すると、図２６のようになる。Ｎｓのしきい値を０．５Ｔ０、Ｎｗのしきい値を１．５Ｔ０にすると、計数結果Ｎは以下の式で表すことができる。
Ｎ＝（Ｎ’−２Ｎｗ−Ｎｓ）＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）＋２Ｎｗ’＋２Ｎｓ
＝Ｎ’−Ｎｗ＋Ｎｗ’＋Ｎｓ                                ・・・（２３）
【０１１８】
式（２３）より補正された結果は以下のようになり、計数時に欠落や過剰な計数が生じなかった場合の本来のＭＨＰの数Ｎ’が算出されることが分かる。
Ｎ−｛０．５Ｎｗ’＋Ｎｓ｝＋｛０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）｝
＝｛Ｎ−Ｎｗ＋Ｎｗ’＋Ｎｓ｝−｛０．５Ｎｗ’＋Ｎｓ｝
＋｛０．５Ｎｗ’＋（Ｎｗ−Ｎｗ’）｝
＝Ｎ’                                                      ・・・（２４）
【０１１９】
なお、本実施の形態では、ＭＨＰの欠落の補正については、１個の欠落によってＭＨＰの周期が本来の周期のおよそ２倍になった場合について説明しているが、連続して２個以上の欠落が生じた場合にも本発明を適用することができる。ＭＨＰが連続して２個欠落した場合、中央値の３倍の周期のＭＨＰは３個のＭＨＰが１つになったものだと考えられる。この場合は、周期の中央値のおよそ３倍以上である階級の度数を求めて、この度数を２倍すれば、ＭＨＰの欠落を補正することができる。このような考え方を一般化すると、式（２）の代わりに次式を用いればよい。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ１＋Ｎｗ２＋Ｎｗ３＋・・・・−Ｎｓ              ・・・（２５）
Ｎｗ１は周期の中央値の１．５倍以上である階級の度数の総和、Ｎｗ２は周期の中央値の２．５倍以上である階級の度数の総和、Ｎｗ３は周期の中央値のおよそ３．５倍以上である階級の度数の総和である。
【０１２０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、固定長の第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間ＰｍにおいてＭＨＰの数を求めていたが、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍを可変長にしてもよい。本実施の形態においても、距離・速度計の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【０１２１】
図２７は本実施の形態の計数装置７の構成の１例を示すブロック図、図２８は計数装置７の動作を示すフローチャートである。本実施の形態の計数装置７は、切替スイッチ７０と、判定部７１−１，７１−２と、記憶部７５と、周期和算出部７６−１，７６−２と、個数算出部７７−１，７７−２と、周期測定部７８−１，７８−２と、計数結果補正部７９−１，７９−２とから構成される。電流−電圧変換増幅器５−１，５−２とフィルタ回路６−１，６−２と計数装置７の判定部７１−１，７１−２と周期測定部７８−１，７８−２とは、周期測定手段を構成している。
【０１２２】
図２９は計数結果補正部７９−１の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７９−１は、度数分布作成部７９１と、中央値算出部７９２と、補正値算出部７９３とから構成される。計数結果補正部７９−２の構成は、計数結果補正部７９−１と同じなので、説明は省略する。
【０１２３】
まず、切替スイッチ７０の動作は、図５のステップＳ１００，Ｓ１０１と同じであり（図２８ステップＳ３００，Ｓ３０１）、判定部７１−１，７１−２の動作は、図５のステップＳ１０２と同じである（図２８ステップＳ３０２）。
【０１２４】
周期測定部７８−１は、図７（Ｂ）に示した判定部７１−１の出力における一定個数Ｎ（Ｎは２以上の自然数）個のＭＨＰの周期をこれらのＭＨＰの各々について測定する（図２８ステップＳ３０３）。同様に、周期測定部７８−２は、判定部７１−２の出力における一定個数Ｎ個のＭＨＰの周期をこれらのＭＨＰの各々について測定する（ステップＳ３０３）。このとき、周期測定部７８−１，７８−２は、クロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。記憶部７５は、周期測定部７８−１，７８−２の測定結果を記憶する。
【０１２５】
周期測定部７８−１の測定終了後、計数結果補正部７９−１の度数分布作成部７９１は、記憶部７５に記憶された周期測定部７８−１の測定結果からＭＨＰの周期の度数分布を作成する（図２８ステップＳ３０４）。同様に、周期測定部７８−２の測定終了後、計数結果補正部７９−２の度数分布作成部７９１は、周期測定部７８−２の測定結果からＭＨＰの周期の度数分布を作成する（ステップＳ３０４）。
【０１２６】
続いて、計数結果補正部７９−１の中央値算出部７９２は、計数結果補正部７９−１の度数分布作成部７９１が作成した度数分布からＭＨＰの周期の中央値Ｔ０を算出する（図２８ステップＳ３０５）。同様に、計数結果補正部７９−２の中央値算出部７９２は、計数結果補正部７９−２の度数分布作成部７９１が作成した度数分布からＭＨＰの周期の中央値Ｔ０を算出する（ステップＳ３０５）。
【０１２７】
計数結果補正部７９−１の補正値算出部７９３は、計数結果補正部７９−１の度数分布作成部７９１が作成した度数分布から、計数結果補正部７９−１の中央値算出部７９２が算出した周期の中央値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、この周期の中央値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、一定個数Ｎを式（２）のように補正する（図２８ステップＳ３０６）。同様に、計数結果補正部７９−２の補正値算出部７９３は、計数結果補正部７９−２の度数分布作成部７９１が作成した度数分布から、計数結果補正部７９−２の中央値算出部７９２が算出した周期の中央値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、この周期の中央値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、一定個数Ｎを式（２）のように補正する（ステップＳ３０６）。
【０１２８】
次に、周期和算出部７６−１は、記憶部７５に記憶された周期測定部７８−１の測定結果からＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍを算出する（図２８ステップＳ３０７）。同様に、周期和算出部７６−２は、周期測定部７８−２の測定結果からＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍを算出する（ステップＳ３０７）。
【０１２９】
個数算出部７７−１は、計数結果補正部７９−１の補正値算出部７９３によって算出された補正後の計数結果Ｎ’を周期和算出部７６−１によって算出されたＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍで割ることにより、第１の計数期間Ｐｎ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｎを算出する（図２８ステップＳ３０８）。同様に、個数算出部７７−２は、計数結果補正部７９−２の補正値算出部７９３によって算出された補正後の計数結果Ｎ’を周期和算出部７６−２によって算出されたＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍで割ることにより、第２の計数期間Ｐｍ中の単位時間当たりのＭＨＰの数ｍを算出する（ステップＳ３０８）。
【０１３０】
計数装置７は、以上のような処理を第１の計数期間Ｐｎ（Ｐｎ１，Ｐｎ２）毎及び第２の計数期間Ｐｍ（Ｐｍ１，Ｐｍ２）毎に行う。図８（Ｃ）、図８（Ｄ）のように第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍが交互に存在し、ＭＨＰの数ｎとｍが交互に算出されることは、第１の実施の形態と同じであるが、前述のとおり本実施の形態では、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍが可変長になる。つまり、周期和算出部７６−１で算出されるＭＨＰの周期の総和が第１の計数期間Ｐｎの長さに相当し、周期和算出部７６−２で算出されるＭＨＰの周期の総和が第２の計数期間Ｐｍの長さに相当する。第１の実施の形態のカウンタ７３−１，７３−２の計数結果Ｎに相当する値は、本実施の形態では一定個数Ｎという固定値になっている。
【０１３１】
その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。第１の実施の形態では、第１の計数期間Ｐｎと第２の計数期間Ｐｍが固定長のため、周期和算出部７６−１で算出されるＭＨＰの周期の総和が第１の計数期間Ｐｎの長さと一致しない場合があり、同様に周期和算出部７６−２で算出されるＭＨＰの周期の総和が第２の計数期間Ｐｍの長さと一致しない場合がある。このため、第１の実施の形態では、計数装置７で求めるＭＨＰの数ｎ，ｍに測定誤差が生じ、距離及び速度に測定誤差が生じる可能性がある。
【０１３２】
これに対して、本実施の形態では、周期和算出部７６−１，７６−２で算出されるＭＨＰの周期の総和が第１の計数期間Ｐｎ、第２の計数期間Ｐｍの長さと等しくなるようにしたので、ＭＨＰの数ｎ，ｍの測定誤差を低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られるだけでなく、距離及び速度の測定精度をさらに向上させることができる。
【０１３３】
なお、第１の実施の形態と同様に、本実施の形態において算出される速度及び距離は、第１の計数期間Ｐｎの中間の時刻（図８の時刻ｔｎに相当する時刻）と、第２の計数期間Ｐｍの中間の時刻（図８の時刻ｔｍに相当する時刻）との間の時刻における値である。そこで、図２７に示した計数装置７の内部に、速度及び距離の算出値に対応する時刻を計算する時刻計算手段を設けるようにしてもよい。
【０１３４】
［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、自己結合型の干渉計に本発明を適用する場合について説明したが、自己結合型以外の干渉計に本発明を適用することもできる。図３０は本発明の第３の実施の形態となる距離・速度計の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図３０において、１２−１，１２−２は入射光と反射光を分離するビームスプリッタである。
【０１３５】
半導体レーザ１−１，１−２のレーザ光が、互いに平行に出射して測定対象１１に入射することは第１、第２の実施の形態と同じである。ビームスプリッタ１２−１，１２−２及びレンズ３−１，３−２を通過したレーザ光は、測定対象１１に入射する。そして、本実施の形態では、測定対象１１で反射された半導体レーザ１−１，１−２の光は、それぞれビームスプリッタ１２−１，１２−２により測定対象１１への入射光と分離されて、フォトダイオード２−１，２−２に導かれる。
フォトダイオード２−１，２−２以降の構成は第１、第２の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。こうして、自己結合型以外の干渉計においても、第１、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
第１〜第３の実施の形態における計数装置７と演算装置８は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【０１３７】
なお、第１〜第３の実施の形態において、測定対象１１が非常に小さな変位を持つ振動時（例えば最大速度２ｎｍ）、実際の距離の変化（振幅）は数ｎｍであるが、距離算出の分解能が変位分解能よりも低いため、誤差が大きくなる。そこで、測定対象が微小な変位を有する運動状態にある場合、算出結果の代わりに、変位（速度）を積分した値を距離の変化とした方が精度が向上する。
【０１３８】
また、第１〜第３の実施の形態では、半導体レーザ１−１と１−２の最小発振波長λａが同一で、かつ半導体レーザ１−１と１−２の最大発振波長λｂが同一の場合について説明したが、これに限るものではなく、図３１に示すように、半導体レーザ１−１と１−２の間で最小発振波長λａ及び最大発振波長λｂが異なっていてもよい。図３１において、λａ１，λｂ１は半導体レーザ１−１の最小発振波長、最大発振波長、λａ２，λｂ２は半導体レーザ１−２の最小発振波長、最大発振波長である。この場合、λａ１×λｂ１／｛４×（λｂ１−λａ１）｝とλａ２×λｂ２／｛４×（λｂ２−λａ２）｝とが常に同一の固定値であればよい。この場合、式（４）〜式（７）、式（４Ａ）、式（５Ａ）におけるλａ，λｂとしては、λａ１，λｂ１を使ってもよいし、λａ２，λｂ２を使ってもよい。
【０１３９】
また、第１〜第３の実施の形態では、半導体レーザ１−１，１−２を三角波状に発振させていたが、これに限るものではなく、図３２に示すように半導体レーザ１−１，１−２を鋸波状に発振させてもよい。すなわち、本発明では、少なくとも第１の発振期間Ｐ１が繰り返し存在するように半導体レーザ１−１を動作させ、半導体レーザ１−１と発振波長の増減が逆になるように半導体レーザ１−２を動作させればよい。図３１の場合と同様にλａ１≠λａ２、λｂ１≠λｂ２でもよいし、図２の場合と同様にλａ１＝λａ２、λｂ１＝λｂ２でもよい。
【０１４０】
第１の発振期間Ｐ１における動作は、三角波発振の場合と同様である。ただし、半導体レーザ１−１，１−２を鋸波状に発振させる場合、計数装置７の切替スイッチ７０の出力は固定しておく必要がある。つまり、切替スイッチ７０は、フィルタ回路６−１の出力を常に判定部７１−１の入力に接続し、フィルタ回路６−２の出力を常に判定部７１−２の入力に接続する。
なお、半導体レーザ１−１，１−２を三角波状に発振させる場合は、測定対象１１の状態に関係なく、振幅調整装置１０による振幅調整が可能であるが、半導体レーザ１−１，１−２を鋸波状に発振させる場合は、測定対象１１が静止状態の場合のみ振幅調整が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、測定対象との距離及び測定対象の速度を計測する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる距離・速度計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅器の出力電圧波形及びフィルタ回路の出力電圧波形を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における計数装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図５】図４の計数装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図４の計数装置における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。
【図７】図４の計数装置の動作を説明するための図である。
【図８】図４の計数装置の計数期間を示す図である。
【図９】モードホップパルスの周期の度数分布の１例を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるカウンタの計数結果の補正原理を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における演算装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図１２】図１１の演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の演算装置の状態判定部の判定動作を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態においてレーザドライバから半導体レーザに供給される三角波駆動電流の振幅の調整方法を説明するための図である。
【図１５】モードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図１６】ノイズを含むモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図１７】ノイズを含むモードホップパルスの周期の中央値を示す図である。
【図１８】周期が２分割されたモードホップパルスの周期の確率分布を示す図である。
【図１９】周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２０】周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２１】周期が２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２２】カウンタ値補正後の誤差を示す図である。
【図２３】２倍の周期になったモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２４】計数時に欠落したモードホップパルスのうち２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２５】計数時に欠落したモードホップパルスのうち２分割されたモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２６】計数時に欠落と過剰な計数が同時に発生した場合のモードホップパルスの周期の度数分布を示す図である。
【図２７】本発明の第２の実施の形態における計数装置の構成の１例を示すブロック図である。
【図２８】図２７の計数装置の動作を示すフローチャートである。
【図２９】図２７の計数装置における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。
【図３０】本発明の第３の実施の形態となる距離・速度計の構成を示すブロック図である。
【図３１】本発明の第１〜第３の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の他の例を示す図である。
【図３２】本発明の第１〜第３の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の他の例を示す図である。
【図３３】従来のレーザ計測器における半導体レーザの複合共振器モデルを示す図である。
【図３４】半導体レーザの発振波長と内蔵フォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【図３５】従来の距離・速度計の構成を示すブロック図である。
【図３６】図３５の距離・速度計における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１−１，１−２…半導体レーザ、２−１，２−２…フォトダイオード、３−１，３−２…レンズ、４−１，４−２…レーザドライバ、５−１，５−２…電流−電圧変換増幅器、６−１，６−２…フィルタ回路、７…計数装置、８…演算装置、９…表示装置、１０…振幅調整装置、１１…測定対象、１２−１，１２−２…ビームスプリッタ、７０…切替スイッチ、７１−１，７１−２…判定部、７２−１，７２−２…論理積演算部、７３−１，７３−２…カウンタ、７４−１，７４−２，７９−１，７９−２…計数結果補正部、７５…記憶部、７６−１，７６−２…周期和算出部、７７−１，７７−２…個数算出部、７８−１，７８−２，７４０…周期測定部、７４１，７９１…度数分布作成部、７４２，７９２…中央値算出部、７４３，７９３…補正値算出部、８０…距離・速度算出部、８１…履歴変位算出部、８２…記憶部、８３…状態判定部、８４…距離・速度確定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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