(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計数手段の計数結果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し、
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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数えるカウンタと、
前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記カウンタの計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、
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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからな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計数手段の計数結果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し、
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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数えるカウンタと、
前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記カウンタの計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、
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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからな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計数手段の計数結果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し、
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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、
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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからな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計数手段の計数結果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し、
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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、
この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、
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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからな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、
前記距離・速度算出手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第１の候補値と距離の第１の候補値とを算出すると共に、これらの第１の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第１の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第２の候補値と距離の第２の候補値とを算出し、前記測定対象が前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第３の候補値と距離の第３の候補値とを算出すると共に、これらの第３の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第３の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第４の候補値と距離の第４の候補値とを算出し、
前記状態判定手段は、前記速度の第１の候補値と第２の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記速度の第３の候補値と第４の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が変位状態にあると判定することを特徴とする距離・速度計。
【請求項６】
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計数手順の計数結果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、
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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数える干渉波形カウント手順と、
前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記干渉波形カウント手順の計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、
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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項７】
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計数手順の計数結果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、
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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数える干渉波形カウント手順と、
前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記干渉波形カウント手順の計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、
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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項８】
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計数手順の計数結果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、
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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、
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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項９】
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計数手順の計数結果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、
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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、
この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、
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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とする距離・速度計測方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の距離・速度計測方法において、
前記距離・速度算出手順は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第１の候補値と距離の第１の候補値とを算出すると共に、これらの第１の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第１の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第２の候補値と距離の第２の候補値とを算出し、前記測定対象が前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第３の候補値と距離の第３の候補値とを算出すると共に、これらの第３の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第３の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第４の候補値と距離の第４の候補値とを算出し、
前記状態判定手順は、前記速度の第１の候補値と第２の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記速度の第３の候補値と第４の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が変位状態にあると判定す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４０に示す。図４０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４１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４１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４２に示す。図４２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４３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４３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。
【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。
【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計数手段の計数結果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し、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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数えるカウンタと、前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記カウンタの計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の距離・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計数手段の計数結果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し、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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数えるカウンタと、前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記カウンタの計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからなることを特徴とするものである。
【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計数手段の計数結果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し、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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の距離・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計数手段の計数結果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し、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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手段と、この周期測定手段の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手段とからなり、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計数手段の計数結果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・速度算出手段と、この距離・速度算出手段で算出された速度の候補値に基づいて前記測定対象の状態を判定する状態判定手段と、この状態判定手段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・速度確定手段とからなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の距離・速度計の１構成例において、前記距離・速度算出手段は、前記測定対象が微小変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第１の候補値と距離の第１の候補値とを算出すると共に、これらの第１の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第１の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第２の候補値と距離の第２の候補値とを算出し、前記測定対象が前記微小変位状態よりも動きが急な変位状態にあると仮定した場合について第１の計数期間の計数結果と１回後の第２の計数期間の計数結果とから速度の第３の候補値と距離の第３の候補値とを算出すると共に、これらの第３の候補値を算出した第１の計数期間と同時刻の第２の計数結果の計数結果と前記第３の候補値を算出した第２の計数期間と同時刻の第１の計数期間の計数結果とから速度の第４の候補値と距離の第４の候補値とを算出し、前記状態判定手段は、前記速度の第１の候補値と第２の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が微小変位状態にあると判定し、前記速度の第３の候補値と第４の候補値とが略等しい場合、前記測定対象が変位状態にあ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、前記計数手段は、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる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数えるカウンタと、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に基づいて前記カウンタの計数結果を、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からなるものである。
【００２３】
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、前記第１、第２の受光器の出力信号に含まれる一定個数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からなるものである。
【００２９】
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計数手順の計数結果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、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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数える干渉波形カウント手順と、前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記干渉波形カウント手順の計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とするものである。
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計数手順の計数結果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、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前記干渉波形の数を数えると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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前記干渉波形の数を数える干渉波形カウント手順と、前記第１の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第２の計数期間において前記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前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記第１、第２の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の計数期間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の計数期間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に基づいて前記干渉波形カウント手順の計数結果を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とするものである。
【００３０】
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計数手順の計数結果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、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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とするものである。
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計数手順の計数結果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、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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定すると同時に、前記第１の計数期間と同じ時刻の第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一定個数の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する周期測定手順と、この周期測定手順の測定結果から前記干渉波形の周期の度数分布を、前記第１、第２の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間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の計数期間の各々について算出する個数算出手順とからなり、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計数手順の計数結果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速度の候補値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・速度確定手順とからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
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。
【００３２】
また、本発明では、速度の候補値に基づいて測定対象の状態を判定できない場合に、履歴変位算出手段の算出結果を用いることにより、測定対象の状態を判定して、測定対象との距離及び測定対象の速度を算出することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、状態判定手段の判定結果から距離・速度確定手段が真値でないと判断して採用しなかった方の速度の候補値が、距離・速度確定手段が真値であると判断して採用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。
【００３６】
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又は距離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又は距離の候補値のうち、状態判定手段の判定結果から距離・速度確定手段が真値であると判断して採用した方の速度又は距離の候補値が第１、第２の半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、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】
【００３７】
［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。
【００３８】
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。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とは、計数手段を構成している。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、周期測定部７１−１，７１−２と、変換部７２−１，７２−２とから構成される。
【００４５】
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の出力と周期測定部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の出力を周期測定部７１−１の入力に接続して、フィルタ回路６−２の出力を周期測定部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の出力を周期測定部７１−１の入力に接続して、フィルタ回路６−１の出力を周期測定部７１−２に接続する（ステップＳ１０１）。
【００４６】
つまり、周期測定部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、周期測定部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。
【００４７】
周期測定部７１−１は、第１の計数期間において切替スイッチ７０からの入力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を切替スイッチ７０からの入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Ｓ１０２）。同様に、周期測定部７１−２は、第２の計数期間において切替スイッチ７０からの入力の立ち上がりエッジの周期（ＭＨＰの周期）を切替スイッチ７０からの入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Ｓ１０２）。
【００４８】
ここで、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を用いて第１、第２の計数期間について説明する。図６（Ａ）、図６（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６（Ｃ）、図６（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、ｔ０ａ，ｔ１，ｔ２，ｔ０ｂ，ｔ３，ｔ４，ｔ０ｃ，ｔ５，ｔ６，ｔ０ｄ，ｔ７，ｔ８は第１の計数期間Ｐｎ（Ｐｎ１，Ｐｎ２，Ｐｎ３，Ｐｎ４，Ｐｎ５，Ｐｎ６，Ｐｎ７，Ｐｎ８）と第２の計数期間Ｐｍ（Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４，Ｐｍ５，Ｐｍ６，Ｐｍ７，Ｐｍ８）の開始又は終了の時刻である。
【００４９】
図６（Ｃ）、図６（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。
【００５０】
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とこれに対応する第２の計数期間Ｐｍは、時刻が一致していることが必要である。ただし、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。
【００５１】
周期測定部７１−１，７１−２に入力されるゲート信号ＧＳは、第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの先頭で立ち上がり、第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの終わりで立ち下がる信号である。なお、第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍは、三角波駆動電流が最大となる部分（発振期間Ｐ１からＰ２へ切り替わる部分又はＰ２からＰ１へ切り替わる部分）を除いた期間に設定される。
【００５２】
次に、計数装置７の変換部７２−１は、周期測定部７１−１が測定したＭＨＰの周期の平均値を第１の計数期間Ｐｎ中の単位時間当たりのＭＨＰの数Ｘ（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）に変換し、変換部７２−２は、周期測定部７１−２が測定したＭＨＰの周期の平均値を第２の計数期間Ｐｍ中の単位時間当たりのＭＨＰの数Ｙ（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）に変換する（図５ステップＳ１０３）。ＭＨＰの平均周期をＴｓ、三角波の周波数をｆとすると、単位時間当たりのＭＨＰの数は、｛２／（ｆ×Ｔｓ）｝で計算することができる。このときの単位時間は、三角波の周期Ｔの１／２の時間である。
【００５３】
計数装置７は、以上のような処理を第１、第２の計数期間Ｐｎ，Ｐｍ毎に行う。したがって、周期測定部７１−１と変換部７２−１の動作によってＭＨＰの数Ｘが算出されると同時に、周期測定部７１−２と変換部７２−２の動作によってＭＨＰの数Ｙが算出される、といったようにＭＨＰの数ＸとＹは同時に求められる。
【００５４】
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Ｘ，Ｙに基づいて、測定対象１１との距離及び測定対象１１の速度を算出する。図７は演算装置８の構成の１例を示すブロック図、図８はこの演算装置８の動作を示すフローチャートである。演算装置８は、計数装置７によって算出されたＭＨＰの数Ｘ，Ｙ及び演算装置８の算出結果を記憶する記憶部８０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ＭＨＰの数Ｘ，Ｙ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８１と、距離・速度算出部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８２と、状態判定部８２の判定結果に基づいて測定対象１１の速度を確定する速度確定部８３と、状態判定部８２の判定結果に基づいて測定対象１１との距離を確定する距離確定部８４とから構成される。速度確定部８３と距離確定部８４とは、距離・速度確定手段を構成している。
【００５５】
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は第１、第２の計数期間Ｐｎ，Ｐｍの中間の時刻における測定対象１１との距離である。
【００５６】
まず、演算装置８の記憶部８０は、計数装置７によって算出されたＭＨＰの数Ｘ，Ｙを記憶する（図８ステップＳ２０１）。
続いて、演算装置８の距離・速度算出部８１は、測定対象１１の速度の候補値及び測定対象１１との距離の候補値を算出して、算出した値を記憶部８０に格納する（図８ステップＳ２０２）。
【００５７】
距離・速度算出部８１は、第１の計数期間ＰｎにおけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ）と次の時刻の第２の計数期間Ｐｍ＋１におけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における速度の第１の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）と、第２の計数期間ＰｍにおけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ）と次の時刻の第１の計数期間Ｐｎ＋１におけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における速度の第２の候補値Ｖα２（ｔ，ｔ＋１）と、ＭＨＰの数Ｘ（ｔ）とＹ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における速度の第３の候補値Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）と、ＭＨＰの数Ｙ（ｔ）とＸ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における速度の第４の候補値Ｖβ４（ｔ，ｔ＋１）とを次式のように算出して、記憶部８０に格納する（ステップＳ２０２）。
Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）＝（Ｘ（ｔ）−Ｙ（ｔ＋１））×λｂ／４      ・・・（２）
Ｖα２（ｔ，ｔ＋１）＝（Ｙ（ｔ）−Ｘ（ｔ＋１））×λａ／４      ・・・（３）
Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）＝（Ｘ（ｔ）＋Ｙ（ｔ＋１））×λｂ／４      ・・・（４）
Ｖβ４（ｔ，ｔ＋１）＝（Ｙ（ｔ）＋Ｘ（ｔ＋１））×λａ／４      ・・・（５）
【００５８】
また、距離・速度算出部８１は、第１の計数期間ＰｎにおけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ）と同時刻の第２の計数期間ＰｍにおけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ）に基づく時刻ｔ−１からｔにおける速度の第５の候補値Ｖα５（ｔ）と第６の候補値Ｖβ６（ｔ）とを次式のように算出して、記憶部８０に格納する（ステップＳ２０２）。
Ｖα５（ｔ）＝（Ｘ（ｔ）−Ｙ（ｔ））×（λａ＋λｂ）／８        ・・・（６）
Ｖβ６（ｔ）＝（Ｘ（ｔ）＋Ｙ（ｔ））×（λａ＋λｂ）／８        ・・・（７）
【００５９】
また、距離・速度算出部８１は、第１の計数期間ＰｎにおけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ）と次の時刻の第２の計数期間Ｐｍ＋１におけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における距離の第１の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）と、第２の計数期間ＰｍにおけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ）と次の時刻の第１の計数期間Ｐｎ＋１におけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における距離の第２の候補値Ｌα２（ｔ，ｔ＋１）と、ＭＨＰの数Ｘ（ｔ）とＹ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における距離の第３の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）と、ＭＨＰの数Ｙ（ｔ）とＸ（ｔ＋１）に基づく時刻ｔからｔ＋１における距離の第４の候補値Ｌβ４（ｔ，ｔ＋１）とを次式のように算出して、記憶部８０に格納する（ステップＳ２０２）。
Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）＝λａ×λｂ（Ｘ（ｔ）＋Ｙ（ｔ＋１））
／（４×（λａ−λｂ））                                      ・・・（８）
Ｌα２（ｔ，ｔ＋１）＝λａ×λｂ（Ｙ（ｔ）＋Ｘ（ｔ＋１））
／（４×（λａ−λｂ））                                      ・・・（９）
Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）＝λａ×λｂ（Ｘ（ｔ）−Ｙ（ｔ＋１））
／（４×（λａ−λｂ））                                    ・・・（１０）
Ｌβ４（ｔ，ｔ＋１）＝λａ×λｂ（Ｙ（ｔ）−Ｘ（ｔ＋１））
／（４×（λａ−λｂ））                                    ・・・（１１）
【００６０】
さらに、距離・速度算出部８１は、第１の計数期間ＰｎにおけるＭＨＰの数Ｘ（ｔ）と同時刻の第２の計数期間ＰｍにおけるＭＨＰの数Ｙ（ｔ）に基づく時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１との距離の第５の候補値Ｌα５（ｔ）と第６の候補値Ｌβ６（ｔ）とを次式のように算出して、記憶部８０に格納する（ステップＳ２０２）。
Ｌα５（ｔ）＝λａ×λｂ（Ｘ（ｔ）＋Ｙ（ｔ））／（４×（λａ−λｂ））
・・・（１２）
Ｌβ６（ｔ）＝λａ×λｂ（Ｘ（ｔ）−Ｙ（ｔ））／（４×（λａ−λｂ））
・・・（１３）
【００６１】
式（２）〜式（１３）において、候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１），Ｖα２（ｔ，ｔ＋１），Ｖα５（ｔ），Ｌα１（ｔ，ｔ＋１），Ｌα２（ｔ，ｔ＋１），Ｌα５（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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１），Ｖβ４（ｔ，ｔ＋１），Ｖβ６（ｔ），Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１），Ｌβ４（ｔ，ｔ＋１），Ｌβ６（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。
【００６２】
時刻ｔ＋１は第１の計数期間Ｐｎ＋１及び第２の計数期間Ｐｍ＋１の終了時刻、時刻ｔはＰｎ＋１，Ｐｍ＋１の１回前の第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの終了時刻、時刻ｔ−１はＰｎ＋１，Ｐｍ＋１の２回前の第１の計数期間Ｐｎ−１及び第２の計数期間Ｐｍ−１の終了時刻である。Ｘ（ｔ＋１）は第１の計数期間Ｐｎ＋１におけるＭＨＰの数、Ｘ（ｔ）は第１の計数期間ＰｎにおけるＭＨＰの数、Ｙ（ｔ＋１）は第２の計数期間Ｐｍ＋１におけるＭＨＰの数、Ｙ（ｔ）は第２の計数期間ＰｍにおけるＭＨＰの数である。
【００６３】
例えば現時刻がｔ＋１＝ｔ２とすれば、第１の計数期間Ｐｎ＋１は図６（Ｃ）のＰｎ２、１回前の第１の計数期間ＰｎはＰｎ１であり、第２の計数期間Ｐｍ＋１は図６（Ｄ）のＰｍ２、１回前の第２の計数期間ＰｍはＰｍ１である。また、現時刻がｔ＋１＝ｔ３とすれば、第１の計数期間Ｐｎ＋１はＰｎ３、１回前の第１の計数期間ＰｎはＰｎ２であり、第２の計数期間Ｐｍ＋１はＰｍ３、１回前の第２の計数期間ＰｍはＰｍ２である。演算装置８は、式（２）〜式（１３）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。
【００６４】
次に、演算装置８の状態判定部８２は、記憶部８０に記憶されている式（２）〜式（５）の算出結果を用いて、測定対象１１の状態を判定する（図８ステップＳ２０３）。状態判定部８２は、Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）＝Ｖα２（ｔ，ｔ＋１）、すなわち式（２）と式（３）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が微小変位状態にあると判定する。また、状態判定部８２は、Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）＝Ｖβ４（ｔ，ｔ＋１）、すなわち式（４）と式（５）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が変位状態にあると判定する。なお、状態判定部８２は、式（２）の算出結果と式（３）の算出結果との誤差が所定の誤差範囲内の場合、これらが等しいと判定する。式（４）と式（５）の算出結果が等しいかどうかについても、同様にして判定することができる。
【００６５】
演算装置８の速度確定部８３は、状態判定部８２の判定結果に基づいて測定対象１１の速度の絶対値を確定する（図８ステップＳ２０４）。すなわち、速度確定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１の速度の絶対値として確定する（ステップＳ２０４）。
【００６６】
また、速度確定部８３は、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１の速度の絶対値として確定する（ステップＳ２０４）。
このように、式（２）と式（３）の算出結果の平均値、あるいは式（４）と式（５）の算出結果の平均値を用いることで、耐ノイズ性を向上させることができる。なお、耐ノイズ性には劣るが、速度確定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）のいずれか一方を測定対象１１の速度の絶対値として確定してもよいし、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、速度の候補値Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）のいずれか一方を測定対象１１の速度の絶対値として確定してもよい。
【００６７】
なお、速度確定部８３は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖα５（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１の速度の絶対値として確定するようにしてもよい（ステップＳ２０４）。また、速度確定部８３は、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖβ６（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１の速度の絶対値として算出するようにしてもよい（ステップＳ２０４）。
式（２）〜式（５）の算出結果を用いる場合よりも、式（６）あるいは式（７）を用いた方がより正確な速度を算出することができる。
【００６８】
次に、速度確定部８３は、以下の式（１４）、式（１５）を算出して、測定対象１１の速度の方向を確定する（図８ステップＳ２０５）。
ΣＸ＝Ｘ（ｔ）＋Ｘ（ｔ＋１）                                  ・・・（１４）
ΣＹ＝Ｙ（ｔ）＋Ｙ（ｔ＋１）                                  ・・・（１５）
速度確定部８３は、式（１４）のΣＸと式（１５）のΣＹの大小を比較し、ΣＹよりもΣＸが大きい場合は測定対象１１が距離・速度計に近づきつつあると判定し、ΣＸよりもΣＹが大きい場合は測定対象１１が距離・速度計から遠ざかりつつあると判定する。
【００６９】
なお、速度確定部８３は、ステップＳ２０４において式（２）〜式（５）の算出結果を用いる代わりに式（６）あるいは式（７）の算出結果を用いて速度の絶対値を確定する場合は、ＭＨＰの数Ｘ（ｔ）とＹ（ｔ）の大小を比較し、Ｙ（ｔ）よりもＸ（ｔ）が大きい場合は測定対象１１が距離・速度計に近づきつつあると判定し、Ｘ（ｔ）よりもＹ（ｔ）が大きい場合は測定対象１１が距離・速度計から遠ざかりつつあると判定する（ステップＳ２０５）。
【００７０】
次に、距離確定部８４は、状態判定部８２の判定結果に基づいて測定対象１１との距離を確定する（図８ステップＳ２０６）。すなわち、距離確定部８４は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１との平均距離として確定する（ステップＳ２０６）。
【００７１】
また、距離確定部８４は、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１との平均距離として確定する（ステップＳ２０６）。なお、耐ノイズ性には劣るが、距離確定部８４は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）のいずれか一方を測定対象１１との距離として確定してもよいし、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、距離の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）のいずれか一方を測定対象１１との距離として確定してもよい。
【００７２】
なお、距離確定部８４は、測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌα５（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１との平均距離として確定するようにしてもよい（ステップＳ２０６）。また、距離確定部８４は、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌβ６（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１との平均距離として確定するようにしてもよい（ステップＳ２０６）。
式（８）〜式（１１）の算出結果を用いる場合よりも、式（１２）あるいは式（１３）を用いた方がより正確な距離を算出することができる。
【００７３】
演算装置８は、以上のようなステップＳ２０１〜Ｓ２０６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８ステップＳ２０７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。
【００７４】
一方、振幅調整装置１０は、演算装置８の状態判定部８２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。
【００７５】
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。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は半導体レーザ１−１，１−２の波長変化の切り替わりに伴うＭＨＰの数Ｘ，Ｙの変化を説明するための図であり、図９（Ａ）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、図９（Ｂ）は半導体レーザ１−１，１−２の波長変化量の絶対値が等しい場合のＭＨＰの数Ｘ，Ｙの変化を示す図、図９（Ｃ）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ある場合のＭＨＰの数Ｘ，Ｙの変化を示す図である。図９（Ａ）〜図９（Ｃ）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、Ｘ１，Ｘ２はそれぞれ発振波長が増加している場合の半導体レーザ１−１，１−２のＭＨＰの数、Ｙ１，Ｙ２はそれぞれ発振波長が減少している場合の半導体レーザ１−１，１−２のＭＨＰの数である。
【００７６】
半導体レーザ１−１，１−２の波長変化量の絶対値が等しい場合、図９（Ｂ）に示すように半導体レーザ１−１，１−２の発振波長が増加から減少へ、あるいは減少から増加へ切り替わるタイミングＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の前後においてもＭＨＰの数Ｘ，Ｙの各々は連続性を保つが、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、図９（Ｃ）に示すようにＭＨＰの数Ｘ，Ｙの各々は連続性を失ってしまう。
【００７７】
そこで、本実施の形態の振幅調整装置１０は、演算装置８の距離・速度算出部８１が算出した速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１），Ｖα２（ｔ，ｔ＋１），Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１），Ｖβ４（ｔ，ｔ＋１）のうち、状態判定部８２の判定結果から速度確定部８３が真値でないと判断して採用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が微小変位状態で運動をしていると判定された場合、速度確定部８３が採用しなかった方の速度の候補値はＶβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値であり、測定対象１１が変位状態で運動をしていると判定された場合、速度確定部８３が採用しなかった方の速度の候補値はＶα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値である。
【００７８】
振幅調整装置１０は、速度確定部８３が採用しなかった方の速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値あるいはＶβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値が、距離確定部８４が真値であると判断して採用した方の距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値あるいはＬβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値に半導体レーザ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。測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、距離確定部８４が採用した方の距離の候補値はＬα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値であり、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、距離確定部８４が採用した方の距離の候補値はＬβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値である。
【００７９】
図１０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１０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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、速度確定部８３が式（２）〜式（５）の算出結果を用いる代わりに式（６）あるいは式（７）の算出結果を用いて速度の絶対値を確定する場合、振幅調整装置１０は、速度確定部８３が真値でないと判断して採用しなかった方の速度の候補値Ｖα５（ｔ）あるいはＶβ６（ｔ）が、距離確定部８４が真値であると判断して採用した方の距離の候補値Ｌα５（ｔ）あるいはＬβ６（ｔ）に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と略等しくなるように、三角波駆動電流の振幅を調整する。測定対象１１が微小変位状態で運動をしていると判定された場合、速度確定部８３が採用しなかった方の速度の候補値はＶβ６（ｔ）であり、測定対象１１が変位状態で運動をしていると判定された場合、速度確定部８３が採用しなかった方の速度の候補値はＶα５（ｔ）である。測定対象１１が微小変位状態にあると判定された場合、距離確定部８４が採用した方の距離の候補値はＬα５（ｔ）であり、測定対象１１が変位状態にあると判定された場合、距離確定部８４が採用した方の距離の候補値はＬβ６（ｔ）である。
【００８２】
また、振幅調整装置１０は、状態判定部８２の判定結果から速度確定部８３が真値であると判断して採用した方の速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値あるいはＶβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値が、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、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してもよい。また、速度確定部８３が式（２）〜式（５）の算出結果を用いる代わりに式（６）あるいは式（７）の算出結果を用いて速度の絶対値を確定する場合、振幅調整装置１０は、速度確定部８３が真値であると判断して採用した方の速度の候補値Ｖα５（ｔ）あるいはＶβ６（ｔ）が、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、三角波駆動電流の振幅を調整してもよい。
【００８３】
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、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングもレーザドライバ４−１，４−２から通知されるようになっている。振幅調整装置１０は、レーザドライバ４−１，４−２からの通知に応じて動作を行う。
【００８４】
また、振幅調整装置１０は、状態判定部８２の判定結果から距離確定部８４が真値であると判断して採用した方の距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値あるいはＬβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値が、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、三角波駆動電流の振幅を調整してもよい。また、距離確定部８４が式（８）〜式（１１）の算出結果を用いる代わりに式（１２）あるいは式（１３）の算出結果を用いて距離を確定する場合、振幅調整装置１０は、距離確定部８４が真値であると判断して採用した方の距離の候補値Ｌα５（ｔ）あるいはＬβ６（ｔ）が、半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングの前後において連続性を保つように、三角波駆動電流の振幅を調整してもよい。
【００８５】
半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングの前後において速度あるいは距離の算出結果に連続性を持たせるには、例えば最小二乗法を用いればよい。また、振幅調整装置１０は、図１１に示すように、速度（あるいは距離）の算出結果を結んだ特性線ＶＬを半導体レーザ１−１，１−２の波長変化が切り替わるタイミングＳＷの後まで延長し、この延長線に対する所定の範囲ＥＲ内に、タイミングＳＷの後の最初の速度（あるいは距離）の算出結果ＶＶが含まれるように、三角波駆動電流の振幅を調整してもよい。
【００８６】
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。
【００８７】
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Ｘを求め、第１の計数期間Ｐｎと同じ時刻の第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Ｙ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及び第２の計数期間ＰｍでＭＨＰの数Ｘ，Ｙを１回数え、さらに第１の計数期間Ｐｎ２及び第２の計数期間Ｐｍ２でＭＨＰの数Ｘ，Ｙを１回数えればよく、計２回にわたってＭＨＰの数を数えることで距離と速度を求めることができる。
また、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。
【００８８】
［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。本実施の形態においても、距離・速度計の全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図１２は本発明の第２の実施の形態における計数装置７の構成の１例を示すブロック図、図１３はこの計数装置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７０ａと、判定部７３−１，７３−２と、論理積演算部（ＡＮＤ）７４−１，７４−２と、カウンタ７５−１，７５−２と、計数結果補正部７６−１，７６−２と、記憶部７７と、周期和算出部７８−１，７８−２と、個数算出部７９−１，７９−２とから構成される。
【００８９】
図１４は計数結果補正部７６−１の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７６−１は、周期測定部７６０と、度数分布作成部７６１と、中央値算出部７６２と、補正値算出部７６３とから構成される。計数結果補正部７６−２の構成は、計数結果補正部７６−１と同じなので、説明は省略する。
【００９０】
図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）は本実施の形態の計数装置７の動作を説明するための図であり、図１５（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１５（Ｂ）は図１５（Ａ）に対応する判定部７３−１，７３−２の出力を示す図、図１５（Ｃ）は計数装置７に入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図１５（Ｄ）は図１５（Ｂ）に対応するカウンタ７５−１の計数結果を示す図、図１５（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１５（Ｆ）は図１５（Ｂ）に対応する計数結果補正部７６−１の周期測定部７６０の測定結果を示す図である。なお、図１５（Ａ）〜図１５（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。
【００９１】
まず、計数装置７の切替スイッチ７０ａは、切替時かどうかを判定し（図１３ステップＳ３００）、切替時であればフィルタ回路６−１，６−２の出力と判定部７３−１，７３−２との接続を入れ替える（ステップＳ３０１）。切替スイッチ７０ａ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７０ａ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７３−１の入力に接続して、フィルタ回路６−２の出力を判定部７３−２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７３−１の入力に接続して、フィルタ回路６−１の出力を判定部７３−２に接続する（ステップＳ３０１）。
【００９２】
つまり、判定部７３−１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７３−２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７０ａ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。
【００９３】
計数装置７の判定部７３−１は、図１５（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１５（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、判定部７３−１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１３ステップＳ３０２）。同様に、判定部７３−２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Ｓ３０２）。
【００９４】
ＡＮＤ７４−１は、判定部７３−１の出力と図１５（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７５−１は、図１５（Ｄ）に示すようにＡＮＤ７４−１の出力の立ち上がりをカウントする（図１３ステップＳ３０３）。同様に、ＡＮＤ７４−２は、判定部７３−２の出力とゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７５−２は、ＡＮＤ７４−２の出力の立ち上がりをカウントする（ステップＳ３０３）。ここで、ゲート信号ＧＳは、第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの先頭で立ち上がり、第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７５−１，７５−２は、第１、第２の計数期間Ｐｎ，Ｐｍ中のＡＮＤ７４−１，７４−２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。第１の計数期間Ｐｎ及び第２の計数期間Ｐｍの定義は、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）で説明したとおりである。
【００９５】
一方、計数結果補正部７６−１の周期測定部７６０は、第１の計数期間Ｐｎ中のＡＮＤ７４−１の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）をＡＮＤ７４−１の出力に立ち上がりエッジが発生する度に測定する（図１３ステップＳ３０４）。このとき、周期測定部７６０は、図１５（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１５（Ｆ）の例では、周期測定部７６０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図１５（Ｅ）、図１５（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。
【００９６】
同様に、計数結果補正部７６−２の周期測定部７６０は、第２の計数期間Ｐｍ中のＡＮＤ７４−２の出力の立ち上がりエッジの周期（ＭＨＰの周期）をＡＮＤ７４−２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Ｓ３０４）。
記憶部７７は、カウンタ７５−１，７５−２の計数結果と計数結果補正部７６−１，７６−２のそれぞれの周期測定部７６０の測定結果を記憶する。
【００９７】
ゲート信号ＧＳ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７６−１の度数分布作成部７６１は、記憶部７７に記憶された、計数結果補正部７６−１の周期測定部７６０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１３ステップＳ３０５）。同様に、第２の計数期間Ｐｍが終了した後、計数結果補正部７６−２の度数分布作成部７６１は、計数結果補正部７６−２の周期測定部７６０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Ｓ３０５）。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。
【００９８】
続いて、計数結果補正部７６−１の中央値算出部７６２は、計数結果補正部７６−１の度数分布作成部７６１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１３ステップＳ３０６）。同様に、計数結果補正部７６−２の中央値算出部７６２は、計数結果補正部７６−２の度数分布作成部７６１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Ｓ３０６）。
【００９９】
計数結果補正部７６−１の補正値算出部７６３は、計数結果補正部７６−１の度数分布作成部７６１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７５−１の計数結果を次式のように補正する（図１３ステップＳ３０７）。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ−Ｎｓ                                          ・・・（１６）
式（１６）において、Ｎはカウンタ７５−１の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎ’は補正後の計数結果である。
【０１００】
同様に、計数結果補正部７６−２の補正値算出部７６３は、計数結果補正部７６−２の度数分布作成部７６１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７５−２の計数結果Ｎを式（１６）のように補正する（ステップＳ３０７）。
【０１０１】
図１６にＭＨＰの周期の度数分布の１例を示す。図１６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１６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１６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。
【０１０２】
図１７はカウンタ７５−１，７５−２の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１７（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１７（Ｂ）は図１７（Ａ）に対応するカウンタ７５−１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。
【０１０３】
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７５−１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。
【０１０４】
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７５−１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。
【０１０５】
以上が、式（１６）に示した計数結果の補正原理である。カウンタ７５−２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。
【０１０６】
次に、計数装置７の周期和算出部７８−１は、記憶部７７に記憶された、計数結果補正部７６−１の周期測定部７６０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１３ステップＳ３０８）。同様に、周期和算出部７８−２は、計数結果補正部７６−２の周期測定部７６０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Ｓ３０８）。
【０１０７】
計数装置７の個数算出部７９−１は、第１の計数期間Ｐｎ中の単位時間当たりのＭＨＰの数Ｘ（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７９−２は、第２の計数期間Ｐｍ中の単位時間当たりのＭＨＰの数Ｙ（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１３ステップＳ３０９）。個数算出部７９−１は、計数結果補正部７６−１の補正値算出部７６３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７８−１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Ｘを算出する。
Ｘ＝Ｎ’／Ｓｕｍ                                              ・・・（１７）
【０１０８】
同様に、個数算出部７９−２は、計数結果補正部７６−２の補正値算出部７６３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７８−２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Ｙを算出する。
【０１０９】
計数装置７は、以上のような処理を第１、第２の計数期間Ｐｎ，Ｐｍ毎に行う。したがって、判定部７３−１、ＡＮＤ７４−１、カウンタ７５−１、計数結果補正部７６−１、記憶部７７、周期和算出部７８−１及び個数算出部７９−１の動作によってＭＨＰの数Ｘが算出されると同時に、判定部７３−２、ＡＮＤ７４−２、カウンタ７５−２、計数結果補正部７６−２、記憶部７７、周期和算出部７８−２及び個数算出部７９−２の動作によってＭＨＰの数Ｙが算出される、といったようにＭＨＰの数ＸとＹは同時に求められる。
【０１１０】
計数装置７以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。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、第１の実施の形態に比べて距離及び速度の測定精度を向上させることができる。
【０１１１】
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１８）。
【０１１２】
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１９のａ）。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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２０のｂの面積がａの面積の２倍になる位置になる。
【０１１５】
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［％］                              ・・・（１８）
【０１１６】
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’及び中央値Ｔ０’を算出すると、以下のようになる。
Ｔ０’＝（１／（１＋０．１））Ｔ０＝０．９１Ｔ０              ・・・（１９）
Ｔ０’＝０．９９５Ｔ０                                        ・・・（２０）
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。
【０１１７】
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２１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２１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。
【０１１８】
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２２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。
【０１１９】
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                                        ・・・（２１）
図２３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。
【０１２０】
図２３において、Ｔｂ以上の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ２の度数（図２３のｃ）とＴｂ未満の周期を持つＭＨＰの周期Ｔ１の度数（図２３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                            ・・・（２２）
Ｔ１及び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。
【０１２１】
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１９）からは、Ｔ０を算出することができない。ＭＨＰの母集団が図１９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。
【０１２２】
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２４）。
【０１２３】
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    ・・（２３）
なお、補正後の誤差である（１−ｙ）ｋ［％］Ｎは、図２５のｅの部分の度数である。
【０１２４】
ここで、平均値又は中央値Ｔ０’を用いたカウンタ７５−１，７５−２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          ・・・（２４）
Ｎ’＝（１＋０．１（１−０．９９５））Ｎ＝１．０００５Ｎ      ・・・（２５）
【０１２５】
式（２４）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（２５）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。
【０１２６】
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          ・・・（２６）
Ｎ’＝（１＋０．２（１−０．９６８））Ｎ＝１．００６４Ｎ      ・・・（２７）
【０１２７】
式（２６）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（２７）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。
【０１２８】
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２６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２６に示すｇであり、図２６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                                  ・・・（２８）
【０１２９】
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２７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。
【０１３０】
よって、全てのＭＨＰの周期の度数分布は図２８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’
・・・（２９）
【０１３１】
式（２９）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’                                                      ・・・（３０）
【０１３２】
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。
【０１３３】
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２９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                                ・・・（３１）
【０１３４】
式（３１）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’                                                      ・・・（３２）
【０１３５】
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（１６）の代わりに次式を用いればよい。
Ｎ’＝Ｎ＋Ｎｗ１＋Ｎｗ２＋Ｎｗ３＋・・・・−Ｎｓ              ・・・（３３）
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。
【０１３６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第２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。
【０１３７】
図３０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３１はこの計数装置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７０ａと、周期測定部７１ａ−１，７１ａ−２と、判定部７３−１，７３−２と、計数結果補正部７６ａ−１，７６ａ−２と、記憶部７７と、周期和算出部７８−１，７８−２と、個数算出部７９−１，７９−２とから構成される。
【０１３８】
図３２は計数結果補正部７６ａ−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７６ａ−１は、度数分布作成部７６１ａと、中央値算出部７６２ａと、補正値算出部７６３ａとから構成される。計数結果補正部７６ａ−２の構成は、計数結果補正部７６ａ−１と同じなので、説明は省略する。
【０１３９】
まず、切替スイッチ７０ａの動作は、図１３のステップＳ３００，Ｓ３０１と同じであり（図３１ステップＳ４００，Ｓ４０１）、判定部７３−１，７３−２の動作は、図１３のステップＳ３０２と同じである（図３１ステップＳ４０２）。
【０１４０】
周期測定部７１ａ−１は、図１５（Ｂ）に示した判定部７３−１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３１ステップＳ４０３）。同様に、周期測定部７１ａ−２は、判定部７３−２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Ｓ４０３）。このとき、周期測定部７１ａ−１，７１ａ−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７７は、周期測定部７１ａ−１，７１ａ−２の測定結果を記憶する。
【０１４１】
周期測定部７１ａ−１の測定終了後、計数結果補正部７６ａ−１の度数分布作成部７６１ａは、記憶部７７に記憶された周期測定部７１ａ−１の測定結果からＭＨＰの周期の度数分布を作成する（図３１ステップＳ４０４）。同様に、周期測定部７１ａ−２の測定終了後、計数結果補正部７６ａ−２の度数分布作成部７６１ａは、周期測定部７１ａ−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Ｓ４０４）。
【０１４２】
続いて、計数結果補正部７６ａ−１の中央値算出部７６２ａは、計数結果補正部７６ａ−１の度数分布作成部７６１ａ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３１ステップＳ４０５）。同様に、計数結果補正部７６ａ−２の中央値算出部７６２ａは、計数結果補正部７６ａ−２の度数分布作成部７６１ａ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Ｓ４０５）。
【０１４３】
計数結果補正部７６ａ−１の補正値算出部７６３ａは、計数結果補正部７６ａ−１の度数分布作成部７６１ａが作成した度数分布から、計数結果補正部７６ａ−１の中央値算出部７６２ａ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（１６）のように補正する（図３１ステップＳ４０６）。同様に、計数結果補正部７６ａ−２の補正値算出部７６３ａは、計数結果補正部７６ａ−２の度数分布作成部７６１ａが作成した度数分布から、計数結果補正部７６ａ−２の中央値算出部７６２ａ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（１６）のように補正する（ステップＳ４０６）。
【０１４４】
次に、周期和算出部７８−１は、記憶部７７に記憶された周期測定部７１ａ−１の測定結果からＭＨＰの周期の総和Ｓｕｍを算出する（図３１ステップＳ４０７）。同様に、周期和算出部７８−２は、周期測定部７１ａ−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Ｓ４０７）。
【０１４５】
個数算出部７９−１は、計数結果補正部７６ａ−１の補正値算出部７６３ａ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７８−１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Ｘを算出する（図３１ステップＳ４０８）。同様に、個数算出部７９−２は、計数結果補正部７６ａ−２の補正値算出部７６３ａ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７８−２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Ｙを算出する（ステップＳ４０８）。
【０１４６】
計数装置７は、以上のような処理を第１、第２の計数期間Ｐｎ，Ｐｍ毎に行う。ＭＨＰの数ＸとＹが同時に算出されることは、第１、第２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７８−１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７８−２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２の実施の形態のカウンタ７５−１，７５−２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。
【０１４７】
その他の構成は、第２の実施の形態と同じである。第２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７８−１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７８−２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２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。
【０１４８】
これに対して、本実施の形態では、周期和算出部７８−１，７８−２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２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。
【０１４９】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。第１〜第３の実施の形態では、状態判定部８２は、式（２）と式（３）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が微小変位状態にあると判定し、式（４）と式（５）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が変位状態にあると判定する。しかしながら、ノイズ等の影響により、式（２）と式（３）の算出結果が等しく、かつ式（４）と式（５）の算出結果が等しくなった場合には、測定対象１１の状態を判定することはできず、式（２）と式（３）の算出結果が一致せず、かつ式（４）と式（５）の算出結果が一致しない場合にも、測定対象１１の状態を判定することはできない。本実施の形態では、状態判定部８２で測定対象１１の状態を判定できない場合でも、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を実現する。
【０１５０】
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。図３３は本実施の形態の演算装置８の構成の１例を示すブロック図、図３４はこの演算装置８の動作を示すフローチャートである。本実施の形態の演算装置８は、記憶部８０と、距離・速度算出部８１と、距離・速度算出部８１と後述する履歴変位算出部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８２ａと、状態判定部８２ａの判定結果に基づいて測定対象１１の速度を確定する速度確定部８３ａと、状態判定部８２ａの判定結果に基づいて測定対象１１との距離を確定する距離確定部８４ａと、距離・速度算出部８１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８５とから構成される。速度確定部８３ａと距離確定部８４ａとは、距離・速度確定手段を構成している。
【０１５１】
まず、演算装置８の記憶部８０の動作は、図８のステップＳ２０１と同じであり（図３４ステップＳ５０１）、距離・速度算出部８１の動作は、図８のステップＳ２０２と同じである（図３４ステップＳ５０２）。
【０１５２】
演算装置８の履歴変位算出部８５は、時刻ｔ−１からｔにおける距離の第２の候補値Ｌα２（ｔ−１，ｔ）と時刻ｔ−２からｔ−１における距離の第１の候補値Ｌα１（ｔ−２，ｔ−１）との差である履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）、時刻ｔからｔ＋１における距離の第１の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）と時刻ｔ−１からｔにおける距離の第２の候補値Ｌα２（ｔ−１，ｔ）との差である履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）、時刻ｔ−１からｔにおける距離の第１の候補値Ｌα１（ｔ−１，ｔ）と時刻ｔ−２からｔ−１における距離の第２の候補値Ｌα２（ｔ−２，ｔ−１）との差である履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）、時刻ｔからｔ＋１における距離の第２の候補値Ｌα２（ｔ，ｔ＋１）と時刻ｔ−１からｔにおける距離の第１の候補値Ｌα１（ｔ−１，ｔ）との差である履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）、時刻ｔ−１からｔにおける距離の第４の候補値Ｌβ４（ｔ−１，ｔ）と時刻ｔ−２からｔ−１における距離の第３の候補値Ｌβ３（ｔ−２，ｔ−１）との差である履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）、時刻ｔからｔ＋１における距離の第３の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）と時刻ｔ−１からｔにおける距離の第４の候補値Ｌβ４（ｔ−１，ｔ）との差である履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）、時刻ｔ−１からｔにおける距離の第３の候補値Ｌβ３（ｔ−１，ｔ）と時刻ｔ−２からｔ−１における距離の第４の候補値Ｌβ４（ｔ−２，ｔ−１）との差である履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）、時刻ｔからｔ＋１における距離の第４の候補値Ｌβ４（ｔ，ｔ＋１）と時刻ｔ−１からｔにおける距離の第３の候補値Ｌβ３（ｔ−１，ｔ）との差である履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）を次式のように算出して、記憶部８０に格納する（図３４ステップＳ５０３）。
【０１５３】
Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）
＝Ｌα２（ｔ−１，ｔ）−Ｌα１（ｔ−２，ｔ−１）            ・・・（３４）
Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）
＝Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）−Ｌα２（ｔ−１，ｔ）                ・・・（３５）
Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）
＝Ｌα１（ｔ−１，ｔ）−Ｌα２（ｔ−２，ｔ−１）            ・・・（３６）
Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）
＝Ｌα２（ｔ，ｔ＋１）−Ｌα１（ｔ−１，ｔ）                ・・・（３７）
Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）
＝Ｌβ４（ｔ−１，ｔ）−Ｌβ３（ｔ−２，ｔ−１）            ・・・（３８）
Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）
＝Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）−Ｌβ４（ｔ−１，ｔ）                ・・・（３９）
Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）
＝Ｌβ３（ｔ−１，ｔ）−Ｌβ４（ｔ−２，ｔ−１）            ・・・（４０）
Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）
＝Ｌβ４（ｔ，ｔ＋１）−Ｌβ３（ｔ−１，ｔ）                ・・・（４１）
【０１５４】
履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ），Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１），Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ），Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）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Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ），Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１），Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ），Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
履歴変位算出部８５は、式（３４）〜式（４１）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（３４）〜式（４１）においては、測定対象１１が距離・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。
【０１５５】
次に、演算装置８の状態判定部８２ａは、記憶部８０に記憶されている式（２）〜式（５）の算出結果と式（３４）〜式（４１）の算出結果を用いて測定対象１１の状態を判定する（図３４ステップＳ５０４）。図３５はこの状態判定部８２ａの動作を示すフローチャートである。
まず、状態判定部８２ａは、第１の実施の形態の状態判定部８２と同様に式（２）〜式（５）の算出結果を用いて測定対象１１の状態を判定する（図３５ステップＳ６０１）。
【０１５６】
ここで、状態判定部８２ａは、式（２）と式（３）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が微小変位状態にあると判定し、式（４）と式（５）の算出結果が等しい場合、測定対象１１が変位状態にあると判定し、状態判定が終了したと判断して（ステップＳ６０２において判定ＹＥＳ）、ステップＳ５０４の処理を終了する。一方、状態判定部８２ａは、式（２）と式（３）の算出結果が等しく、かつ式（４）と式（５）の算出結果も等しい場合、あるいは式（２）と式（３）の算出結果が一致せず、かつ式（４）と式（５）の算出結果も一致しない場合、状態判定ができないので、ステップＳ６０３に進む。
【０１５７】
ステップＳ６０３において、状態判定部８２ａは、式（２）〜式（５）の算出結果と式（３４）〜式（４１）の算出結果を用いて測定対象１１の状態を判定する。
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と履歴変位Ｖｃａｌα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の符号は、ＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転する。
【０１５８】
したがって、状態判定部８２ａ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式（３４）の履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）と式（３５）の履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致し、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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１５９】
あるいは、状態判定部８２ａ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式（３６）の履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）と式（３７）の履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致し、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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６０】
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と履歴変位Ｖｃａｌβ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の符号はＭＨＰの数が算出される時刻毎に反転する。
【０１６１】
したがって、状態判定部８２ａは、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した式（３８）の履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）と式（３９）の履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致し、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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６２】
あるいは、状態判定部８２ａは、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した式（４０）の履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）と式（４１）の履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致し、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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６３】
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の絶対値の平均値も一致しない。
【０１６４】
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。
【０１６５】
したがって、状態判定部８２ａ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式（３４）の履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）と式（３５）の履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致せず、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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６６】
あるいは、状態判定部８２ａ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式（３６）の履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）と式（３７）の履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致せず、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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６７】
なお、速度の候補値Ｖβに着目すると、Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）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Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しい。そこで、状態判定部８２ａ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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）の絶対値が、距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値に波長変化率（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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６８】
また、状態判定部８２ａ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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）の絶対値が、距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値に波長変化率（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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌα３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１６９】
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の絶対値の平均値も一致しない。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。
【０１７０】
したがって、状態判定部８２ａは、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した式（３８）の履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）と式（３９）の履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致せず、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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１７１】
あるいは、状態判定部８２ａは、測定対象１１が変位状態にあると仮定して計算した式（４０）の履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）と式（４１）の履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致せず、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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１７２】
なお、速度の候補値Ｖαに着目すると、Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶα２（ｔ，ｔ＋１）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Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値に半導体レーザ１−１，１−２の波長変化率（λｂ−λａ）／λｂを掛けた値と等しい。そこで、状態判定部８２ａ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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶα２（ｔ，ｔ＋１）の絶対値が、距離の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値に波長変化率（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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ１（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）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。
【０１７３】
あるいは、状態判定部８２ａ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Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）の絶対値とＶα２（ｔ，ｔ＋１）の絶対値が、距離の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値に波長変化率（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Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値と、履歴変位Ｖｃａｌβ３（ｔ−２，ｔ）の絶対値と履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）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。
以上で、ステップＳ６０３の処理が終了する。状態判定部８２ａのステップＳ６０３の判定動作を図３６に示す。
【０１７４】
次に、演算装置８の速度確定部８３ａは、状態判定部８２ａの判定結果に基づいて測定対象１１の速度の絶対値を確定する（図３４ステップＳ５０５）。すなわち、速度確定部８３ａは、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖα１（ｔ，ｔ＋１）とＶα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１の速度の絶対値として確定する（ステップＳ５０５）。
【０１７５】
また、速度確定部８３ａは、測定対象１１が変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖβ３（ｔ，ｔ＋１）とＶβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１の速度の絶対値として確定する（ステップＳ５０５）。
【０１７６】
なお、速度確定部８３ａは、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖα５（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１の速度の絶対値として確定するようにしてもよい（ステップＳ５０５）。また、速度確定部８３ａは、測定対象１１が変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている速度の候補値Ｖβ６（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１の速度の絶対値として算出するようにしてもよい（ステップＳ５０５）。
【０１７７】
次に、速度確定部８３ａは、図８のステップＳ２０５と同様に式（１４）、式（１５）を算出して、測定対象１１の速度の方向を確定する（図３４ステップＳ５０６）。なお、速度確定部８３ａは、ステップＳ５０５において式（２）〜式（５）の算出結果を用いる代わりに式（６）あるいは式（７）の算出結果を用いて速度の絶対値を確定する場合は、ＭＨＰの数Ｘ（ｔ）とＹ（ｔ）の大小を比較し、Ｙ（ｔ）よりもＸ（ｔ）が大きい場合は測定対象１１が近づきつつあると判定し、Ｘ（ｔ）よりもＹ（ｔ）が大きい場合は測定対象１１が遠ざかりつつあると判定する（ステップＳ５０６）。
【０１７８】
次に、距離確定部８４ａは、状態判定部８２ａの判定結果に基づいて測定対象１１との距離を確定する（図３４ステップＳ５０７）。すなわち、距離確定部８４ａは、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌα１（ｔ，ｔ＋１）とＬα２（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１との平均距離として確定する（ステップＳ５０７）。
【０１７９】
また、距離確定部８４ａは、測定対象１１が変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌβ３（ｔ，ｔ＋１）とＬβ４（ｔ，ｔ＋１）との平均値を、時刻ｔ−１からｔ＋１における測定対象１１との平均距離として確定する（ステップＳ５０７）。
【０１８０】
なお、距離確定部８４ａは、測定対象１１が微小変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌα５（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１との平均距離として確定するようにしてもよい（ステップＳ５０７）。また、距離確定部８４ａは、測定対象１１が変位状態で等速度運動あるいは等速度運動以外の運動をしていると判定された場合、記憶部８０に記憶されている距離の候補値Ｌβ６（ｔ）を時刻ｔ−１からｔにおける測定対象１１との平均距離として確定するようにしてもよい（ステップＳ５０７）。
【０１８１】
演算装置８は、以上のようなステップＳ５０１〜Ｓ５０７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３４ステップＳ５０８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。演算装置８以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。
本実施の形態では、ノイズ等の影響により第１の実施の形態において測定対象１１の状態を判定できない場合でも、測定対象１１の状態を判定して、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。
【０１８２】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。測定対象１１が等速度運動以外の運動をしている場合、測定対象１１の加速度の符号が変化するときに運動状態の該当領域でない式の符号が反転してしまうため、誤判断が生じる。そこで、第４の実施の形態において、演算装置８の状態判定部８２ａは、式（３５）の履歴変位Ｖｃａｌα２（ｔ−１，ｔ＋１）と式（３７）の履歴変位Ｖｃａｌα４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致する場合、測定対象１１が等速度運動していると判定し、式（３９）の履歴変位Ｖｃａｌβ２（ｔ−１，ｔ＋１）と式（４１）の履歴変位Ｖｃａｌβ４（ｔ−１，ｔ＋１）の符号が一致する場合、測定対象１１が等速度運動以外の運動をしていると判定するようにしてもよい。
【０１８３】
［第６の実施の形態］
第１〜第５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３７は本発明の第６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３７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。
【０１８４】
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６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６の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
第１〜第６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、記憶装置及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６の実施の形態で説明した処理を実行する。
【０１８６】
なお、第１〜第６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。
【０１８７】
また、第１〜第６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３８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３８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（２）〜式（１３）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。
【０１８８】
また、第１〜第６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３９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３８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。
【０１８９】
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７０，７０ａの出力は固定しておく必要がある。つまり、切替スイッチ７０，７０ａは、フィルタ回路６−１の出力を常に周期測定部７１−１、判定部７３−１の入力に接続し、フィルタ回路６−２の出力を常に周期測定部７１−２、判定部７３−２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】
【０１９０】
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】
【０１９１】
【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の計数装置の計数期間を示す図である。
【図７】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８】図７の演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】半導体レーザの波長変化の切り替わりに伴うモードホップパルスの数の変化を説明するための図である。
【図１０】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１１】半導体レーザの波長変化が切り替わるタイミングの前後において速度あるいは距離の算出結果に連続性を持たせる方法を説明するための図である。
【図１２】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１３】図１２の計数装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１２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１５】図１２の計数装置の動作を説明するための図である。
【図１６】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１７】本発明の第２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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】カウンタ値補正後の誤差を示す図である。
【図２６】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２７】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２８】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２９】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３０】本発明の第３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３１】図３０の計数装置の動作を示すフローチャートである。
【図３２】図３０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３３】本発明の第４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３４】図３３の演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図３５】図３３の演算装置における状態判定部の動作を示すフローチャートである。
【図３６】図３３の演算装置における状態判定部の判定動作を示す図である。
【図３７】本発明の第６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３８】本発明の第１〜第６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３９】本発明の第１〜第６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４０】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４１】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４２】従来の距離・速度計の構成を示すブロック図である。
【図４３】図４２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】
【０１９２】
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、７０，７０ａ…切替スイッチ、７１−１，７１−２，７１ａ−１，７１ａ−２，７６０…周期測定部、７２−１，７２−２…変換部、７３−１，７３−２…判定部、７４−１，７４−２…論理積演算部、７５−１，７５−２…カウンタ、７６−１，７６−２，７６ａ−１，７６ａ−２…計数結果補正部、７７…記憶部、７８−１，７８−２…周期和算出部、７９−１，７９−２…個数算出部、７６１，７６１ａ…度数分布作成部、７６２，７６２ａ…中央値算出部、７６３，７６３ａ…補正値算出部、８０…記憶部、８１…距離・速度算出部、８２，８２ａ…状態判定部、８３，８３ａ…速度確定部、８４，８４ａ…距離確定部、８５…履歴変位算出部。
【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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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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