[发明专利]物理量传感器以及物理量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据由于从半导体激光器发射的激光与从物体返回的返回光的自混合效应而产生的干涉的信息，对物体的位移、速度进行测量的物理量传感器以及物理量测量方法。

背景技术

关于FMCW(调频连续波)雷达或驻波雷达、自混合型激光器传感器等的、利用干涉原理的位移(速度)测定方法，在基于脉动或干涉条纹的频率算出测定对象的位移、速度时一般采用FFT(快速傅里叶变换)等的信号处理、干涉条纹的计数处理等。但是，为了通过FFT实现高分辨率，需要长的采样时间和高的采样周期的数据，存在需要巨大的处理时间这样的问题。又，关于干涉条纹的计数处理，为了测量不到半波长的位移，需要使传感器进行物理振动，或者进行干涉条纹的振幅的分析，存在只能对作为测定对象的周期运动的振动进行测量这样的问题，进一步存在干涉条纹的计数处理需要花费时间这样的问题。

另一方面，发明者提出了一种使用半导体激光器的自混合效应的波长调制型激光测量器(参照专利文献1)。该激光测量器的构成如图15所示。图15的激光测量器包括:半导体激光器201，其向物体210发射激光;光电二极管202，其将半导体激光器201的光输出变换为电信号;透镜203，其将来自半导体激光器201的光聚光并照射到物体210，并将从物体210返回的光聚光使其入射到半导体激光器201中;激光器驱动器204，其使半导体激光器201的振荡波长连续地增加的第1振荡期间与振荡波长连续地减少的第2振荡期间交替反复;电流-电压变换放大部205，其将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大;信号提取电路206，其将电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分;计数装置207，其对信号提取电路206的输出电压中所含有的MHP的数量计数;运算装置208，其计算出与物体210的距离以及物体210的速度;以及，显示装置209，显示运算装置208的算出结果。

激光器驱动器204将相对于时间以一定的变化率反复增减的三角波驱动电流作为注入电流提供给半导体激光器201。由此，半导体激光器201被驱动为振荡波长以一定的变化率连续地增加的第1振荡期间与振荡波长以一定的变化率连续地减少的第2振荡期间交替反复。图16是示出半导体激光器201的振荡波长随时间变化的图。在图16中，P1是第1振荡期间，P2是第2振荡期间，λa是各期间的振荡波长的最小值，λb是各期间的振荡波长的最大值，Tt是三角波的周期。

从半导体激光器201出射的激光通过透镜203被聚光之后入射到物体210中。由物体210反射的光通过透镜203被聚光之后入射到半导体激光器201中。光电二极管202将半导体激光器201的光输出变换为电流。电流-电压变换放大部205将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大，信号提取电路206对电流-电压变换放大部205的输出电压进行2次微分。计数装置207对信号提取电路206的输出电压中所含有的跳模脉冲(MHP)的数量分别就第1振荡期间P1和第2振荡期间P2进行计数。基于半导体激光器201的最小振荡波长λa、最大振荡波长λb、第1振荡期间P1的MHP的数量以及第2振荡期间P2的MHP的数量，运算装置208计算出与物体210的距离以及物体210的速度。根据这样的自混合型的激光测量器，能够进行约半导体激光器201的半波长的分辨率的位移测量和与半导体激光器201的波长调制量成反比例的分辨率的距离测量。

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2006-313080号公报

发明内容

发明所要解决的问题

与现有的FMCW雷达或驻波雷达、自混合型激光器传感器等相比，根据自混合型的激光测量器，能够以高的分辨率测量测定对象的位移、速度。但是，采用自混合型的激光测量器的话，由于和FFT相同地，位移、速度的算出需要一定的时间(在专利文献1中，半导体激光器的振荡波长调制的载波的半周期)，因此有在速度的变化快的测定对象的测量中产生测量误差这样的问题。又，由于在信号处理中需要对MHP的数量进行计数，因此存在难以实现不到半导体激光器的半波长的分辨率这样的问题。

本发明是为了解决上述课题而作出，其目的是提供能够以高的分辨率测量物体的位移、速度，且能够缩短测量所需要的时间的物理量传感器以及物理量测量方法。

解决课题的手段