(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱応答の周波数を有する半導体本体の温度を三角波変調する方法であって、
前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流を生成するステップと、
前記方形波変調されたDC電流を前記半導体本体に印加するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記半導体本体は、レーザ媒質である、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
熱応答の周波数を有する半導体レーザ本体を有するレーザのレーザ出力光の波長を三角波変調する方法であって、
前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流を生成するステップと、
前記方形波変調されたDC電流を供給電流として前記半導体レーザ媒質に印加するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
三角波変調された波長を有するレーザ出力光を生成するレーザ光源であって、
熱応答の周波数を有する半導体レーザ本体を備えるレーザと、
前記レーザにレーザ電流を供給するために制御可能なレーザ電流源と、
前記レーザ電流源を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記レーザ光源を制御して、前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流として出力電流を生成させる、
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
オブジェクトの動きの方向を検出する方法であって、
熱応答の周波数を有する半導体レーザをレーザ出力光を生成するステップと、
前記レーザ出力光の波長を三角波変調するように、前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流で前記半導体レーザを駆動するステップと、
前記レーザ出力光を前記オブジェクトに向けるステップと、
反射光の一部が前記半導体レーザ内の光と干渉するのを許容するステップと、
前記レーザ光の一部を測定ビームとして使用するステップと、
前記オブジェクトの動きの方向を判定するため、前記変調されたレーザ電流と共に前記測定ビームの周波数スペクトルを調べるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
半透明なフロントミラー、半透明なリアミラー、及び前記フロントミラーと前記リアミラーとの間の熱応答の周波数を有する半導体レーザ本体を有するレーザを設けるステップと、
前記レーザにレーザ電流を供給して、前記レーザ本体内にメインのレーザ光を生成するステップと、
前記レーザ光の第一の部分が前記フロントミラーを出力レーザビームとして通過させるステップと、
前記レーザ光の第二の部分が前記リアミラーを測定ビームとして通過させるステップと、
前記レーザ電流を変調することで前記出力レーザビームの前記レーザ出力光の波長を三角波変調するステップと、
前記測定ビームの光の少なくとも１部を検出するステップと、
前記オブジェクトの動きの方向を判定するため、変調されたレーザ電流と共に、検出された光の周波数スペクトルを分析するステップとを更に含み、
前記レーザ電流は、前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流として発生される、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記測定ビームの周波数スペクトルを調べるステップは、前記レーザの波長の上の変調セグメントと下の変調セグメントに関してスペクトルを個別に調べることにより行われる、
請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記測定ビームの周波数スペクトルを調べるステップは、前記オブジェクトの速度に対応する周波数が前記周波数スペクトルにおいて他の周波数から識別されるように、直交復調された信号の周波数成分を調べることにより行われる、
請求項５又は６記載の方法。
【請求項９】
検出器に対して動いているオブジェクトの動きの方向を検出する動き検出器であって、
半透明なフロントミラー、半透明なリアミラー、前記フロントミラーと前記リアミラーとの間にある熱応答の周波数を有する半導体レーザ本体を有するレーザであって、前記フロントミラーでレーザ出力光をもつ出力レーザビームを出力し、前記リアミラーで測定光をもつ測定ビームを出力するレーザと、前記レーザは、反射光の少なくとも１部が前記レーザ本体内でメインの光と干渉するのを許容し、
前記レーザ本体内でメインのレーザ光を生成するように、前記レーザにレーザ電流を供給する制御可能なレーザ電流源と、
前記レーザ電流源を制御するコントローラと、
前記測定光の少なくとも１部を検出し、測定信号を前記コントローラに供給する光検出器とを備え、
前記コントローラは、前記レーザ出力光の波長を三角波変調するため、前記熱応答の周波数の２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する方形波変調されたDC電流として前記レーザ電流を生成するように、前記レーザ電流源を制御し、
前記コントローラは、前記オブジェクトの動きの方向を決定するため、変調されたレーザ電流と共に、検出された光の周波数スペクトルを調べる、
ことを特徴とする動き検出器。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記レーザ電流の位相と共に、前記測定信号を調べる、
請求項９記載の動き検出器。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記レーザの波長の上の変調セグメントと下の変調セグメントに関してスペクトルを個別に調べることにより行われる、
請求項９記載の動き検出器。
【請求項１２】
当該動き検出器の出力信号を受け、直交復調された信号を前記コントローラに供給する直交復調器を更に備え、
前記コントローラは、前記オブジェクトの速度に対応する周波数が前記周波数スペクトルにおける他の周波数から識別されるように、前記直交復調された信号の周波数成分を調べることで、前記検出された光の周波数スペクトルを分析する、
請求項９記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関するオブジェクトの動き、逆にオブジェクトに関するセンサの動きを検出する方法に関する。特定の応用において、センサは、コンピュータ等のユーザ入力装置と関連付けされており、本発明は、この応用について特に説明されるが、本発明は係る応用に限定されるものではないことに留意されたい。
【背景技術】
【０００２】
図１は、レーザ装置２を備える光学式コンピュータマウス１を例示している。レーザ装置は、従来知られている半導体レーザとして実現される。マウスは、たとえばデスクトップといった表面４上を移動する。明確さのために図示されない電源から、レーザ装置２は電流を受け、結果として、レーザ２は、所定の波長をもつレーザビーム３を放出し、このレーザビームは、表面４で反射する。レーザ光の一部は、レーザに向かって反射する。この反射したレーザ光から、表面に関するマウス１の動きの速度を表す信号を導出することができる。
【０００３】
図２は、測定原理を例示する図である。レーザ２は、半透明なフロントミラー１１及び半透明なリアミラー１２を有しており、レーザ媒質１３（半導体本体）は、前記２つのミラーの間にある。ミラー１１，１２は、２次元構造として示されているが、実際には、ミラー１１，１２は、層状構造を有することに留意されたい。
【０００４】
レーザ媒質１３内のレーザ光は、メインのレーザ光L0として示される。レーザ光の一部は、フロントミラー１１を通過し、出力ビーム３を形成し、この光は、L1として示されている。同様に、レーザ光の一部は、リアミラー１２を通過し、測定ビーム５を形成し、この光は、L2として示されている。
【０００５】
オブジェクト４は、拡散特性をもつ外部ミラーを構成するものと考えることができ、到来するビームL1を反射し、これは、反射ビームL3として示されている。この図では、反射ビームL3は、到来するビームL1とある角度を形成する１次元ビームであるとして図示されているが、実際には、反射ビームL3は、所定の空間分布を有しており、この反射ビームL3の一部は、フロントミラー１１に向けられる。従って、オブジェクト４は、フロントミラー１１と一緒に外部空洞を定義するものとして考えることができる。
【０００６】
静止状態の下で、レーザ媒質１３内の光L0は、定在波を形成する。同様に、外部空洞における光L1及びL3は、定在波を形成し、この定在波は、フロントミラー１１を通して、レーザ媒質１３内の光L0と干渉する。測定ビーム５は、一定の強度を有する。
【０００７】
オブジェクト４がレーザ２から離れていると仮定する。これは、フロントミラー１１とオブジェクト４との間の干渉の空洞の長さが増加していることを意味する。結果的に、フロントミラー１１の位置での干渉状態は、完全に建設的な状態（constructive）から完全に破壊的な状態（destructive）に、そして完全に建設的な状態に変化する。これは、レーザ１３における干渉状態への影響を有し、同様に、測定ビーム５の光L5の強度への影響を有する。結果として、この光L5は、レーザ２に関するオブジェクト４の動きの速度に比例する周波数fDでの強度の変動、すなわち光軸に沿ったその成分を有する。測定ビーム５は、光センサにより検出することができ、その出力信号は、これらの強度の変動を処理し、そこからオブジェクトの速度を計算するため、シグナルプロセッサにより処理される。前記周波数fDは、ドップラ周波数に等しいことに留意されたい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この点における問題は、オブジェクトが光検出器に向かって動いているか又は光検出器から離れて動いているかに関係なく、同じ説明が適用されることである。言い換えれば、先に記載された簡単な測定のビルドアップにより、動きの方向を判定することは不可能である。
【０００９】
図３Ａに例示されるように、三角波変調されたレーザ電流をレーザに供給することで、この問題を解決することが既に提案されている。レーザ電流は、同じ符号を有する２つの極値I1とI2との間で線形に変化する、ある電流周期の半周期の間に、レーザ電流Iは、I1からI2に増加し、変化する割合R1＝dI/dtは、実質的に一定である。電流周期の別の半周期の間、レーザ電流Iは、I2からI1に減少し、変化の割合R2＝dI/dtは、実質的に一定であり、典型的にR2＝−R1である。レーザ電流を増加／減少することで、（図３Ｂに例示される）レーザ温度の増加／減少が引き起こされ、同様に、（図３Ｃに例示される）実質的に一定の変化の割合dλ/dt（λはレーザの波長を示す）によるレーザ光の波長の増加／減少が引き起こされる。結果は、以下のように説明される。フロントミラー１１とオブジェクト４との間の干渉の空洞の長さが増加するように、オブジェクトがレーザから離れて動いていると仮定する。電流の振幅及び従ってレーザの波長が増加する場合、測定光L5の強度の変動の周波数は低減され、これは図３Ｄの周波数スペクトルにおけるピークf1により例示されている。低減された周波数は、D/λが一定のままであるとすると、ゼロに等しくなる。Dは、フロントミラー１１とオブジェクト４との間の距離を示す。逆に、レーザ波長が減少している場合、測定光L5の強度の変動の周波数が増加され、これは、図３Ｂの周波数スペクトルのピークf2により例示される。シフト｜fD−f1｜はシフト｜fD−f2｜に等しいことに留意されたい。測定光L5の強度の変動のスペクトルは、図３Ｄに例示されるように２つのピークf1及びf2を示す。他方でオブジェクトがレーザに向かって動いている場合、２つの周波数ピークを持つ周波数スペクトルが再び得られるが、電流の振幅が減少している期間に低周波が得られる。この情報は、適切にプログラムされたシグナルプロセッサにより比較的容易に測定信号から導出することができる。
【００１０】
更に詳細な説明について、米国特許第7339683号が参照され、この内容は引用により本明細書に盛り込まれる。
【００１１】
従来の方法の１つの問題点は、三角波変調器が必要とされることに関連する。従って、本発明の目的は、三角波信号の発生器を必要とすることなしに、動きの方向を検出可能な方法及び装置を提供することにある。
【００１２】
従来技術の別の問題点は、従来の方法に内在する物理特性に関連する基本的な問題である。上述されたように、レーザ光の波長のシフトは、レーザの熱特性により引き起こされ、言い換えれば、電流の振幅における変化に対する応答として生じる温度シフトにより引き起こされる。人体の温度の反応は、比較的低速な過程であり、これは、適用することができる電流の上昇する割合及び電流の周波数に対する制限を与える。周波数が余りに高い場合、レーザの温度及び従って波長は、電流に追従することができない。これは、同様に、高い信頼性で測定することができる速度に制限を与える。最新の技術によれば、電流の周波数は、実用的な例では測定することができる速度の上限として毎秒約３０ｃｍの速度に対応する約４０ｋＨｚよりも非常に高い。本発明の更なる目的は、より高い速度で測定することができることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の重要な態様によれば、レーザ電流は、レーザの熱応答の周波数よりも高い周波数で、方形波又はブロック信号で変調される。典型的に、周波数は、１００ｋＨｚ以上の周波数である。レーザの熱応答は、方形波の電流信号に追従することができず、三角波に近づく。方形波信号の変調は、簡単なスイッチにより容易に実現することができる。  
更に有利な詳細は、従属の請求項で記載される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のこれらの態様及び他の態様、これらの特徴及び他の特徴、並びにこれらの利点及び他の利点は、添付図面を参照して１以上の好適な実施の形態の以下の記載により更に説明され、図面において、同じ参照符号は、同一又は類似の部材を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表面に関するマウスの動きを検出するレーザ検出器をもつ光学式コンピュータマウスを示す。
【図２】レーザ動き検出器の基礎となる測定原理を例示する図である。
【図３Ａ】三角波変調された（triangularly  modulated）レーザ電流を例示する図である。
【図３Ｂ】変調されたレーザ電流により生じるレーザ温度を例示する図である。
【図３Ｃ】変調されたレーザ温度から生じるレーザ波長を例示する図である。
【図３Ｄ】ある動きの場合にレーザ検出器の出力信号の周波数スペクトルを例示する図である。
【図４】レーザ電流の段階的な変化に応答したレーザ温度の応答を例示するグラフである。
【図５】動き検出器の幾つかの構成要素を例示するブロック図である。
【図６Ａ】矩形波変調された（rectangularly  modulated）DC電流を例示するグラフである。
【図６Ｂ】レーザ熱応答を例示するグラフである。
【図６Ｃ】測定信号を例示するグラフである。
【図７】直交復調器を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
設計に関して、動き検出器１は、最新技術と同じやり方で実現することができ、従って図１は、本発明に従ってマウスとして実現される、光学式動き検出器１を例示するものとして考えることができ、図１を参照した先の記載は、再び読むことができ、繰り返される必要がない。
【００１７】
同様に、図２に例示され、図２を参照して説明された測定の原理は、本発明に係る動き検出器の場合にも当てはまる。
【００１８】
図４は、レーザ電流Iの段階的な変化（カーブ４１）に応答するレーザ温度Tの応答（カーブ４２）を例示するグラフである。レーザ電流がI1であるステップ時間tsの前に、レーザは、第一の温度T1で熱平衡の状態にある。ステップ時間tsで、レーザ電流は、値I2に上昇し、その結果、レーザ温度は、第二の温度T2に漸近的に近づく。全ての時間で、少なくとも良好な近似において、温度の変化の割合RT＝dT/dtは、距離｜T2−T｜に比例する。応答の第一のステージの間、温度の変換の割合RTは、一定に近似される。
【００１９】
熱応答時間τrが定義され、この時間は、第一の温度T1から第二の温度T2に上昇するためにレーザにより必要とされる時間を反映する。この熱応答時間τrは、様々なやり方で定義される。本発明では、熱応答時間τrは、0.63（より詳細には1-exp(-1)）の温度ステップ｜T2−T1｜倍である、レーザが「進行」するのに必要とされる時間として定義される。何れの場合においても、熱応答時間τrは、レーザ２の物理的な特性である。実際の場合、熱応答時間τrは、約0.7マイクロ秒である。
【００２０】
熱応答時間τrに基づいて、熱応答周波数frは、fr＝1/(2π・τr)として定義され、これもレーザ２の物理特性である。
【００２１】
図５は、動き検出器１の幾つかの構成要素を例示するブロック図である。レーザ２は、コントローラ５２により制御された制御可能なソースである、レーザ電流源５１から供給される。測定ビーム５は、光検出器により検出され、この光検出器は、その出力信号をコントローラ５２に供給する。
【００２２】
本発明によれば、コントローラ５２は、図６Ａに例示される、方形波のＤＣ電流又は矩形波変調されたＤＣ電流として定義されるレーザ電流Iを生成するため、レーザ電流源５１を制御する。この電流は、図６Ａにおいて正となるように、同じ符号を常に有する。レーザ電流Iは、I1及びI2として示される２つの値を取ることができる。電流周期の半周期の間、レーザ電流は、I1に等しい。電流周期の他の半周期の間、レーザ電流はI2に等しい。典型的に、両方の電流周期は、等しい期間を有する。I1からI2への遷移は、段階的な遷移であり、すなわちステップの期間は無視することができ、同じことが、I2からI1への遷移についても当てはまる。この電流波形は、一定の振幅の電流I0=I1+0.5*(I2-I1)として記載され、一定の電流の振幅I0よりも小さい振幅A=0.5*(I2-I1)を有する方形波のAC電流で変調される。この電流波形は、一定の電流とAC方形波電流とを発生し、これらの２つの電流を互いに加えることで発生されるか、又は電流源により生成される電流の振幅を制御することで発生される。
【００２３】
本発明の更なる態様によれば、電流周期の半周期の持続期間は、レーザの熱応答時間τrよりも短い。言い換えれば、変調の周波数は、熱応答周波数frよりも高く、好ましくは、変調周波数は、熱応答の周波数frの２倍よりも高い。典型的に、変調周波数は、１ＭＨｚ以上の周波数である。
【００２４】
結果として、図４を参照して先に説明されたように、レーザ温度の熱応答は、ステップ応答の第一のステージの間の応答であり、すなわち実質的に一定である変化の割合RTをもつ実質的に線形の温度変化であり、少なくとも良好な近似において、この近似は、変調周波数が高いときに良好である。言い換えれば、レーザ温度は、三角波変調を示す。図６Ｂを参照されたい。当業者にとって、レーザ波形が図３Ｃに例示されるような三角波変調を示すことは明らかである。従って、光検出器５５の出力信号は、従来技術で得られた信号に類似した信号であり、少なくとも、類似した周波数スペクトルを有し、従来技術におけるのと同様なやり方で処理することができるので、更に詳細な説明は、本実施の形態において必要とされない。
【００２５】
コントローラ５２は、オブジェクト４の動きの方向を判定するため、レーザ電流Iの瞬間的な振幅I1，I2と共に、検出された光L2の周波数スペクトルを分析する。変調周期よりも小さいタイムスケールで、この周波数スペクトルは、図３Ｄに例示されるように、より低い周波数f1で又はよりも高い周波数f2でピークを示す。瞬間的な電流の振幅がより高い値I2であるときに周波数スペクトルがより低い周波数f1でピークを示し、瞬間的な電流の振幅がより低い値I1であるときに周波数スペクトルがより高い周波数f2でピークを示すことをコントローラが発見した場合、コントローラは、オブジェクト４がレーザから離れて移動していることを判定する。逆に、瞬間的な電流の振幅がより低い値I1であるときに周波数スペクトルがより低い周波数f1でピークを示し、瞬間的な電流の振幅がより高い値I2であるときに周波数スペクトルがより高い周波数f2でピークを示すことをコントローラが発見した場合、オブジェクト４がレーザに向かって移動していることを判定する。
【００２６】
検出器５５は、瞬間的な値が図６Ｃに例示される周波数ピークの周波数を示す信号Smを発生する。また、コントローラ５２が係る信号を導出することも可能である。信号Smの高い値が高い周波数f2を有する周波数ピークに対応し、２値信号Smの低い値が低い周波数f1を有する周波数ピークに対応することを仮定する。信号Smが２値信号であることも可能であり、“１”はf2を示し、“０”はf1を示す。係る場合、レーザ電流と実質的に同相である測定信号Smは、オブジェクト４はレーザに向かって移動していることを示し、レーザ電流と実質的に180°位相がずれている測定信号Smは、オブジェクト４がレーザから離れて移動していることを示す。
【００２７】
高い変調周波数の結果として、レーザ温度の変調度、すなわち｜T2-T1｜は、比較的小さい。これが問題になる場合、レーザ電流の変調度、すなわち｜I2-I1｜を増加することでレーザ温度の変調度を増加することが可能である。これが望まれない場合、従来技術で実現される技術に比較して感度の高い異なる信号処理技術を実現することもできる。係る異なる信号処理技術の例は、直交復調（quadrature  demodulation）であり、望まれる場合には、直交変調を従来のシステムで適用することもできることに留意されたい。
【００２８】
図７には、典型的な直交復調器７０が示される。入力信号Input(t)は、２つのミキサ７１及び７２に供給され、それぞれのミキサは、入力信号を第二の信号S2、第三の信号S3とそれぞれ乗算する。第二及び第三の信号は、角周波数-wmの周波数をcos(-wm*t)として供給し、その90°位相シフトされたバージョンの周波数をsin(-wm*t)として供給するローカルソース（図示せず）により通常発生される。ミキサの出力は、（必ずしも必要とされないが）混合過程で望まれない画像を排除するために、フィルタ７３及び７４によりそれぞれフィルタリングされることがある。これにより、同相信号I(t)及び直交信号Q(t)が得られる。この過程は、（フィルタが使用されない例について）以下の複素表記で従来記載される。
【００２９】
【数１】
0005706873.tif 000002
従って、実数の入力信号は、複素数の出力信号に変換される。大部分の実際の応用では、入力信号Input(t)は、以下の式からなる。
【００３０】
【数２】
0005706873.tif 000003
wmが搬送波の周波数である場合、A(t)は、振幅の包絡線であり、f(t)は、信号の位相であり、この場合、通常df/dt<<wmである。この場合、情報を搬送する信号は、複素信号A(t)*exp(i*f(t))である。従って、復調器の出力信号は、以下のようになる。
【００３１】
【数３】
0005706873.tif 000004
これは、2*wmを中心とする高周波信号が加わった（要素0.5が別として）オリジナルの入力信号である。通常、2*wmを中心とする信号のような望まれない信号を除去するため、図示されるフィルタが使用される。これにより、以下の出力信号が得られる。
【００３２】
【数４】
0005706873.tif 000005
従って、実数の信号のみを伝送するチャネルを通して伝送されたとしても、オリジナルの複素入力信号が回復される。
【００３３】
自己混合型（selfmixing）センサの出力信号は、検出器の出力が実数の信号である意味で類似の信号であるのに対して、レーザの自己混合を引き起こすレーザ空洞への光フィードバック信号は、振幅と位相の両者を有する。このフィードバック信号の振幅は、散乱ミラーの特性に依存するのに対して、この信号の位相は、レーザ出力の位相に対して、散乱ミラーへの距離、その反射位相及びレーザ波長に依存する。これは、以下の式で記載される。
【００３４】
【数５】
0005706873.tif 000006
ここでL(t)は散乱ミラーへの往復の長さ（距離の２倍）である。v(t)は、レーザビームの方向におけるオブジェクトの速度である。A(t)は、オブジェクトが移動するときのレーザへの散乱ミラーの時間変動する反射率である。r(t)は、時間変動するミラーの反射位相である。Lambda(t)は、時間変動するレーザ波長であり、変動は、非常に良好な近似に対して、以下に示されるように、波長自身よりも非常に小さい。
【００３５】
【数６】
0005706873.tif 000007
ここで、ld0は、平均の波長であり、dld(t)は、波長の変動である。従って、以下が得られる。
【００３６】
【数７】
0005706873.tif 000008
v*t<<L0について、短い測定の間隔であるか、又はレーザビームと測定されるべき散乱ミラーの表面との間のほぼ一定の距離の何れかであり、表面に入射するレーザビームは、90°と以外のその表面との角度を有し、この表面は、レーザビームの方向において速度成分vを有する。この式は、以下のように簡略化される。
【００３７】
【数８】
0005706873.tif 000009
ここで、r’(t)は、一定の要素2*pi*L0/ld0を含み、Nrは、往復の長さNr＝L0/ld0における光周期の数である。なお、vの符号は、指数における位相項を調べてdld(t)を知ることで、このフィードバック信号において検出することができる。しかし、検出器信号は、複素信号ではなく、従って、vの符号の回復は、困難になる。
【００３８】
直交検出器への自己混合された検出器信号は、以下の式となる。
【００３９】
【数９】
0005706873.tif 000010
ここで、r’’(t)は、フィードバック信号の位相と自己混合された検出器信号の位相との間の固定された位相オフセットを含むr’(t)である。波長の変調による位相の変調は、以下に示される。
【００４０】
【数１０】
0005706873.tif 000011
この信号は、直交変調に供給され、直交復調のローカル信号cos(-wm*t)及びsin(-wm*t)は、cos(-p(t))及びsin(-p(t))として選択される。
【００４１】
レーザ波長の三角波変調について、レーザ電流の方形波変調により得たように、-wm＝dp(t)/dtを選択することと同じである。この場合、dp/dtは、変調のセグメント当たり一定である。従って、復調された信号出力は、以下の式となる。
【００４２】
【数１１】
0005706873.tif 000012
ここでf(t)=r’’(t)+4pi*v*t/ld0は、望まれる自己混合された信号の位相であり、A(t)は、望まれる自己混合された信号の振幅である。r’’(t)は、自己混合された信号の検出位相であり、この位相は、拡散ミラー反射におけるスペックルによる低速なランダムな変動を有する。速度vは、角周波数4pi*v/ld0を与え、これはドップラ周波数fd=2*v/ld0である。従って、出力信号は、複素の自己混合された信号の記述を含むが、p(t)である望まれない成分を含む。
【００４３】
p(t)をもつ成分を分離する簡単な方法は、0とN*piとの間の（方形波レーザ変調により得られたような）三角形の形状且つ高周波のp(t)を選択することである（Nは少なくとも１の整数）。次いで、exp(2i*p(t))は、ゼロの平均を有し、低速に変動するf(t)について、望まれない信号成分は、簡単な低域通過フィルタにより抑圧される。なお、方形波レーザ変調は、ある成分をA(t)に加える。
【００４４】
【数１２】
0005706873.tif 000013
ここでAs(t)は、変動しない自己混合された信号の振幅であり、m(t)は、方形波であり、この場合｜m(t)｜<<１である。m(t)について高い変調速度について、この成分は、低域通過フィルタリングにより容易に除去される。
【００４５】
複素出力信号は、複素フーリエ変換に供給され、この複素フーリエ変換は、（正及び負の周波数の間で区別することができない実数のフーリエ変換とは異なり）正及び負の周波数の両者を個別に検出することができる。このため、複素フーリエ変換は、速度vの正の値と負の値とを識別することができる。さらにフィルタリングされない出力信号は、複素フーリエ変換に供給することができる。この場合、p(t)とm(t)による望まれない信号の積は、項p(t)による周波数fdでの信号の位相変調のような、ドップラ周波数fdとは通常異なる周波数であって、（m(t)及びその高調波のような）既知の周波数とfdに対する既知の関係をもつ周波数でスペクトルピークを生じる。たとえば、正弦波の位相変調p(t)について、fdの周囲のスペクトルは、公知のベッセル級数により記述される。従って、複素フーリエ変換から得られるスペクトルは、たとえfdがm(t)の振幅と同じオーダの高い値を有するか又はm(t)の周波数よりも高い値を有するとしても、周波数fdを決定するために分析することができる。
【００４６】
幾つかの場合、スペクトル分析は、たとえばm(t)の周波数とドップラ周波数fdが一致するときに困難な場合があり、従って測定システムは、異なる速度の範囲をカバーすることができるように、速度の関数としてm(t)の周波数を調節する。m(t)の周波数が変化したとき、波長の変調の振幅及び従ってp(t)の振幅がレーザの熱応答時間定数のために同じ状態のままである場合に、m(t)の振幅は変化する必要がある。これは、必須ではないが、スペクトルの処理を簡単にするために好まれる。p(t)の振幅が変換する場合、これは、既知となることができる別のスペクトルが得られる。スペクトルの形状は、実際に、位相変調度（すなわちp(t)の振幅）を決定するために使用される。係るスペクトル分析は、位相変調度を決定し、方形波の変調信号m(t)の周波数及び／又は振幅を変えることで、この変調度を好適な値に制御するために好適な方法となる。
【００４７】
なお、直交変調器の出力信号は、フーリエ変換以外の手段により処理される。たとえば、直交する（I及びQ又は複素）入力信号が供給されるときに、正の周波数と負の周波数とを区別することができる公知の周波数ロックループ又は位相ロックループの設計を使用することができる。周波数を判定するこれらの他の方法のなかには、制限されたロックレンジに苦しむものがあり、これは、その方法がある周波数にロックし、その周波数を追跡することができるように、周波数fdに十分に近い周波数に同調される必要があることを意味する。適切な開始値を発見するため、最初のロックプロセスをサポートし、可能性のあるロックのロスを防ぐために複素フーリエ変換が使用される。係るシステムは、周波数fdへの最初のロックを可能にするスペクトル分析、位相変調度の決定、及び周波数ロックループ又は位相ロックループによる自己混合された信号の位相の長期間の追跡の正確さという結合された利点を提供する。
【００４８】
要するに、本発明は、オブジェクト４の動き方向を検出する方法を提供するものであり、本方法は、以下のステップを含む。熱応答の周波数frを有する半導体レーザ２を使用して、レーザの出力光L1が発生される。レーザ出力光の波長を三角波変調するように、前記熱応答の周波数frよりも高い変調周波数、好ましくは前記熱応答の周波数frの２倍の周波数よりも高い変調周波数を有する矩形波変調されたDC電流でレーザが駆動される。レーザ出力光は、オブジェクトに向けられる。反射光L3の一部は、レーザ内で光L0と干渉することが許容される。レーザ光の一部は、測定ビーム５として使用される。測定ビーム５の周波数スペクトルは、オブジェクト４の動きの方向を決定するため、変調されたレーザ電流と共に分析される。
【００４９】
この測定ビームの周波数スペクトルの分析は、レーザ波長の上側の変調のセグメント及び下側の変調のセグメントに関する個別のスペクトル分析、又は、オブジェクトの速度に対応する周波数がスペクトルにおける他の周波数から識別されるように、直交復調された信号の周波数成分の分析により行われる。直交復調の場合について、スペクトル分析は、波長変調による自己混合された信号の位相変調度の検出を更に含み、これは、レーザへの方形波変調信号の周波数及び／又は振幅を制御するために使用される。
【００５０】
本発明は、図面及び上述された説明において詳細に例示及び記載されたが、当業者にとって、係る例示及び記載は、例示的なものであって限定されるものではないことが明らかであろう。本発明は、開示された実施の形態に制限されるものではなく、むしろ、幾つかの変形及び変更は、特許請求の範囲で定義される本発明の保護の範囲において可能である。
【００５１】
たとえば、本発明の基本的な原理は、電流が印加される半導体本体の温度を調節するために適用することができる。さらに、本発明の基本的な原理は、任意の半導体レーザのレーザ波長を調節するために適用することができる。
【００５２】
開示された実施の形態に対する他の変形例は、図面、開示及び特許請求の範囲から、請求項に記載された発明の実施において当業者により理解及び実施することができる。請求項において、単語「備える“comprising”」は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“a”又は“an”は、複数であることを解除するものではない。単数のプロセッサ又は他のユニットは、請求項で引用された幾つかのアイテムの機能を達成する。所定の手段が相互の異なる従属の請求項で引用される事実は、これらの手段の組み合わせを使用することができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体の記憶媒体のような適切な媒体に記憶／分散される場合があるが、インターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介するように、他の形態で配信される場合がある。請求項における参照符号は、発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【００５３】
上記において、本発明は、本発明に係る装置の機能ブロックを例示するブロック図を参照して説明された。これらの機能ブロックの１以上がハードウェアで実現される場合があることを理解されたい。この場合、係る機能ブロックの機能は、個々のハードウェア構成要素により実行されるが、これらの機能ブロックの１以上がソフトウェアで実現される可能性があり、係る機能ブロックの機能は、コンピュータプログラムの１以上のプログラムラインにより実行されるか、又は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ等のようなプログラマブル装置により実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ−６Ｃ】
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【図７】
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