(57)【要約】【課題】距離の分解能を向上させる。【解決手段】距離計は、半導体レーザ１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４と、半導体レーザ１の出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、フォトダイオード２の出力に含まれる干渉波形の数を数える計数装置８と、干渉波形の数から測定対象１２との距離を算出する演算装置９とを有する。計数装置８は、干渉波形の数を数える計数期間における干渉波形の初期値及び最終値と干渉波形の計数結果とから、干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段を有する。【選択図】  図１
2008175547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるレーザドライバと、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、
この受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象から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段と、
前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手段の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段と、
この確定手段によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
【請求項２】
測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるレーザドライバと、
前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、
この受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と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段と、
前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手段の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段と、
この確定手段によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有することを特徴とする距離計。
【請求項３】
請求項１又は２記載の距離計において、
前記計数手段は、前記干渉波形の立ち上がりエッジを数え、
前記確定手段は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手段の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定することを特徴とする距離計。
【請求項４】
請求項１又は２記載の距離計において、
前記計数手段は、前記干渉波形の立ち下がりエッジを数え、
前記確定手段は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手段の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定することを特徴とする距離計。
【請求項５】
波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、干渉波形の数に基づいて前記測定対象との距離を求める距離計測方法において、
前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記干渉波形の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、
この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。
【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計測方法において、
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、
前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手順の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、
この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。
【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計測方法において、
発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、
前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、
前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手順の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、
この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えることを特徴とする距離計測方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の距離計測方法において、
前記計数手順は、前記干渉波形の立ち上がりエッジを数え、
前記確定手順は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手順の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手順の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手順の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定することを特徴とする距離計測方法。
【請求項９】
請求項６又は７記載の距離計測方法において、
前記計数手順は、前記干渉波形の立ち下がりエッジを数え、
前記確定手順は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手順の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手順の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手順の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定することを特徴とする距離計測方法。
【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を計測する干渉型の距離計および距離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７に示す。図７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＝ｎλ／２                                                    ・・・（１）
式（１）において、ｎ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８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＝ｎλ／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＝ｎλ／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８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】
【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】
【０００９】
自己結合型を含む従来の干渉型の距離計では、カウンタを用いてＭＨＰの数を測定するか、あるいはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いてＭＨＰの周波数を測定することにより、測定対象との距離を求めるようにしていた。ＦＦＴを用いる距離計では、ＭＨＰの周波数を測定するため、ＭＨＰの数に置き換えて考えると、ＭＨＰの数を小数点単位で測定できることになり、測定対象との距離を高い分解能で測定可能である。これに対して、カウンタを用いる距離計では、回路構成が簡単になるという利点があるが、ＭＨＰの数を整数単位でしか数えることができないため、ＦＦＴを用いる場合に比べて距離の分解能が低くなるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、カウンタを用いてＭＨＰの数を測定し測定対象との距離を求める距離計および距離計測方法において、距離の分解能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるレーザドライバと、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象から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段と、前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手段の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段と、この確定手段によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
また、本発明の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させるレーザドライバと、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と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段と、前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手段の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段と、この確定手段によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手段とを有するものである。
【００１２】
また、本発明の距離計の１構成例において、前記計数手段は、前記干渉波形の立ち上がりエッジを数え、前記確定手段は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手段の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定するものである。
また、本発明の距離計の１構成例において、前記計数手段は、前記干渉波形の立ち下がりエッジを数え、前記確定手段は、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値もハイレベルの場合又は前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値もローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がハイレベルで最終値がローレベルの場合は、前記計数手段の計数結果から０．５減算した値を前記干渉波形の数として確定し、前記干渉波形の初期値がローレベルで最終値がハイレベルの場合は、前記計数手段の計数結果に０．５加算した値を前記干渉波形の数として確定するものである。
【００１３】
また、本発明は、波長変調した波を測定対象に放射し、測定対象に反射して戻る波と前記放射した波との間で発生する干渉を検出し、干渉波形の数に基づいて前記測定対象との距離を求める距離計測方法において、前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記干渉波形の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。
また、本発明は、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計測方法において、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とを電気信号に変換する受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光とによって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手順の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。
また、本発明は、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計測方法において、発振波長が連続的に単調増加する期間を少なくとも含む第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する期間を少なくとも含む第２の発振期間とが交互に存在するように前記半導体レーザを動作させる発振手順と、前記半導体レーザの光出力を電気信号に変換する受光器の出力信号に含まれる、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記測定対象からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形の数を数える計数手順と、前記干渉波形の数を数える計数期間における前記干渉波形の初期値及び最終値と前記計数手順の計数結果とから、前記干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手順と、この確定手順によって確定された干渉波形の数から前記測定対象との距離を求める演算手順とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、干渉波形の数を数える計数期間における干渉波形の初期値及び最終値と計数手段の計数結果とから、干渉波形の数を小数点単位で確定する確定手段を設けることにより、干渉波形の数を小数点単位で数えることができるので、計数手段（カウンタ）を用いて干渉波形の数を測定し測定対象との距離を求める距離計において、距離の分解能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】
【００１５】
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、本発明の基本的な原理である。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図である。図１の距離計は、測定対象にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して測定対象１２に照射すると共に、測定対象１２からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１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４と、フォトダイオード２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５と、電流−電圧変換増幅器５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ回路１１と、フィルタ回路１１の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を数える計数装置８と、ＭＨＰの数から測定対象１２との距離を算出する演算装置９と、演算装置９の算出結果を表示する表示装置１０とを有する。
【００１７】
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。
【００１８】
例えば、レーザドライバ４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に供給する。これにより、半導体レーザ１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。
【００１９】
図２は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図２において、ｔ−１はｔ−１番目の発振期間、ｔはｔ番目の発振期間、ｔ＋１はｔ＋１番目の発振期間、ｔ＋２はｔ＋２番目の発振期間、ｔ＋３はｔ＋３番目の発振期間、ｔ＋４はｔ＋４番目の発振期間、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。
【００２０】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、測定対象１２に入射する。測定対象１２で反射された光は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅器５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００２１】
フィルタ回路１１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）は電流−電圧変換増幅器５の出力電圧波形を模式的に示す図、図３（Ｂ）はフィルタ回路１１の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらは、フォトダイオード２の出力である図３（Ａ）の波形（変調波）から、図２の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図３（Ｂ）のＭＨＰ波形（重畳波）を抽出する過程を表している。
【００２２】
計数装置８は、フィルタ回路１１の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３と第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４の各々について数える。図４は計数装置８の構成の１例を示すブロック図である。計数装置８は、判定部８１と、論理積演算部（ＡＮＤ）８２と、カウンタ８３と、立ち上がりエッジ検出部８４と、立ち下がりエッジ検出部８５と、計数結果確定部８６とから構成される。電流−電圧変換増幅器５とフィルタ回路１１と計数装置８の判定部８１とＡＮＤ８２とカウンタ８３とは、計数手段を構成し、また立ち上がりエッジ検出部８４と立ち下がりエッジ検出部８５と計数結果確定部８６とは、ＭＨＰの数を小数点単位で確定する確定手段を構成している。
【００２３】
図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は計数装置８の動作を説明するための図であり、図５（Ａ）はフィルタ回路１１の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に対応する判定部８１の出力を示す図、図５（Ｃ）は計数装置８に入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図５（Ｄ）は図５（Ｂ）に対応するカウンタ８３の計数結果を示す図である。
【００２４】
まず、計数装置８の判定部８１は、図５（Ａ）に示すフィルタ回路１１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５（Ｂ）のような判定結果を出力する。
ＡＮＤ８２は、判定部８１の出力と図５（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８３は、ＡＮＤ８２の出力の立ち上がりをカウントする（図５（Ｄ））。ここで、ゲート信号ＧＳは、計数期間（本実施の形態では第１の発振期間又は第２の発振期間）の先頭で立ち上がり、計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ８３は、計数期間中のＡＮＤ８２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。
【００２５】
一方、立ち上がりエッジ検出部８４は、ゲート信号ＧＳの立ち上がりエッジを検出し、立ち下がりエッジ検出部８５は、ゲート信号ＧＳの立ち下がりエッジを検出する。
計数結果確定部８６は、判定部８１の判定結果と、カウンタ８３の計数結果と、立ち上がりエッジ検出部８４及び立ち下がりエッジ検出部８５の検出結果に基づいて、フィルタ回路１１の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を小数点単位で確定する。計数結果確定部８６は、表１に示すような計数結果確定基準に従ってＭＨＰの数を確定する。
【００２６】
【表１】
2008175547.tif 000003
【００２７】
図６（Ａ）〜図６（Ｉ）は計数結果確定部８６の動作を説明するための図であり、図６（Ａ）はゲート信号ＧＳを示す図、図６（Ｂ）、図６（Ｄ）、図６（Ｆ）、図６（Ｈ）は判定部８１の出力例を示す図、図６（Ｃ）、図６（Ｅ）、図６（Ｇ）、図６（Ｉ）はそれぞれ図６（Ｂ）、図６（Ｄ）、図６（Ｆ）、図６（Ｈ）に対応するカウンタ８３の計数結果を示す図である。
【００２８】
まず、計数結果確定部８６は、立ち上がりエッジ検出部８４がゲート信号ＧＳの立ち上がりエッジを検出したときの判定部８１の判定結果（以下、ＭＨＰの初期値と呼ぶ）がハイレベルで、かつ立ち下がりエッジ検出部８５がゲート信号ＧＳの立ち下がりエッジを検出したときの判定部８１の判定結果（以下、ＭＨＰの最終値と呼ぶ）もハイレベルの場合（図６（Ｂ））、表１に示すようにカウンタ８３の計数結果を補正なしでＭＨＰの数として確定する。
【００２９】
同様に、計数結果確定部８６は、ＭＨＰの初期値がローレベルで、ＭＨＰの最終値もローレベルの場合（図６（Ｄ））、表１に示すようにカウンタ８３の計数結果を補正なしでＭＨＰの数として確定する。
図６（Ｂ）、図６（Ｄ）の例は、計測期間中のＭＨＰが、その個数がほぼ整数単位と見なせる切りのいいところで終わった例である。図６（Ｂ）に対応する図６（Ｃ）のカウンタ８３の計数結果と図６（Ｄ）に対応する図６（Ｅ）のカウンタ８３の計数結果は共に７なので、ＭＨＰの数も共に７個となる。
【００３０】
一方、計数結果確定部８６は、ＭＨＰの初期値がハイレベルで、ＭＨＰの最終値がローレベルの場合（図６（Ｆ））、表１に示すようにカウンタ８３の計数結果に０．５を加算した値をＭＨＰの数とする。図６（Ｆ）に対応する図６（Ｇ）のカウンタ８３の計数結果は６なので、ＭＨＰの数は６．５個となる。
【００３１】
また、計数結果確定部８６は、ＭＨＰの初期値がローレベルで、ＭＨＰの最終値がハイレベルの場合（図６（Ｈ））、表１に示すようにカウンタ８３の計数結果から０．５を減算した値をＭＨＰの数とする。図６（Ｈ）に対応する図６（Ｉ）のカウンタ８３の計数結果は７なので、ＭＨＰの数は６．５個となる。
【００３２】
こうして、フィルタ回路１１の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を小数点単位で数えることができる。計数装置８は、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。
【００３３】
次に、演算装置９は、計数装置８によって計測されたＭＨＰの数に基づいて測定対象１２との距離を求める。一定期間におけるＭＨＰの数は測定距離に比例する。そこで、一定の計数期間（本実施の形態では第１の発振期間又は第２の発振期間）におけるＭＨＰの数と距離との関係を予め求めて演算装置９のデータベース（不図示）に登録しておけば、演算装置９は、計数装置８によって計測されたＭＨＰの数に対応する距離の値をデータベースから取得することにより、測定対象１２との距離を求めることができる。
【００３４】
あるいは、計数期間におけるＭＨＰの数と距離との関係を示す数式を予め求めて設定しておけば、演算装置９は、計数装置８によって計測されたＭＨＰの数を数式に代入することにより、測定対象１２との距離を算出することができる。演算装置９は、以上のような処理を第１の発振期間ｔ−１，ｔ＋１，ｔ＋３毎及び第２の発振期間ｔ，ｔ＋２，ｔ＋４毎に行う。
表示装置１０は、演算装置９によって算出された測定対象１２との距離（変位）をリアルタイムで表示する。また、表示装置１０は、測定対象検知信号／非検知信号に基づく、測定対象１２の検知／非検知結果を表示する。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、ＭＨＰの数を小数点単位で数えることができるので、カウンタを用いてＭＨＰの数を測定し測定対象との距離を求める距離計において、距離の分解能を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、カウンタ８３はＭＨＰの立ち上がりエッジの数を数えるようにしているが、ＭＨＰの立ち下がりエッジの数を数えるようにしてもよい。この場合の計数結果確定部８６の計数結果確定基準を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2008175547.tif 000004
【００３７】
ＭＨＰの初期値がハイレベルで、ＭＨＰの最終値もハイレベルの場合、又はＭＨＰの初期値がローレベルで、ＭＨＰの最終値もローレベルの場合は、前記と同様である。一方、計数結果確定部８６は、ＭＨＰの初期値がハイレベルで、ＭＨＰの最終値がローレベルの場合（図６（Ｆ））、表２に示すようにカウンタ８３の計数結果から０．５を減算した値をＭＨＰの数とする。また、計数結果確定部８６は、ＭＨＰの初期値がローレベルで、ＭＨＰの最終値がハイレベルの場合（図６（Ｈ））、表２に示すようにカウンタ８３の計数結果に０．５を加算した値をＭＨＰの数とする。
【００３８】
また、本実施の形態における計数装置８と演算装置９は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、測定対象との距離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】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態となる距離計の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明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説明するための図である。
【図６】図４の計数装置の計数結果確定部の動作を説明するための図である。
【図７】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８】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。
【符号の説明】
【００４１】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅器、８…計数装置、９…演算装置、１０…表示装置、１１…フィルタ回路、１２…測定対象、８１…判定部、８２…論理積演算部、８３…カウンタ、８４…立ち上がりエッジ検出部、８５…立ち下がりエッジ検出部、８６…計数結果確定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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