[发明专利]物理量传感器和物理量计测方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理量传感器和物理量计测方法，该物理量传感器根据半导体激光器放射的激光与物体的返回光的自混合效应产生的干涉的信息，计测物体的位移、速度。

背景技术

FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)雷达和驻波雷达、自混合型激光传感器等的采用干涉原理进行位移(速度)测定的方法中，在基于拍频和干涉条纹的频率计算测定对象的位移和速度时，一般采用FFT(Fast Fourier Transform)等的信号处理或干涉条纹的计数处理。但是存在着这样的问题，为了通过FFT实现高分辨能力，需要很长的取样时间和较高的取样周期的数据，因此需要非常多的处理时间。又，在干涉条纹的计数处理中，为了测定未满半波长的位移，需要使传感器进行物理振动，或对干涉条纹的振幅进行解析，这样则存在着只能计测作为测定对象的周期运动的振动的问题以及、干涉条纹的计数处理耗费时间的问题。

一方面，发明者提出了利用半导体激光的自混合效应的波长调制型的激光计测器(参照专利文献1)。该激光计测器的结构如图20所示。图20的激光计测器具有：对物体210放射激光的半导体激光器201；将半导体激光器201的光输出变换为电信号的光电二极管202；透镜203，该透镜对来自半导体激光器201的光进行集光并将该光照射到物体210，同时对物体210的返回光进行激光使其入射到半导体激光器201；使得半导体激光器201在振荡波长连续增加的第一振动期间和振动波长连续减少的第二振荡期间交替反复的激光驱动器204；将光电二极管202的输出电流变换为电压并放大的电流-电压变换放大器205；将电流-电压变换放大器205的输出电压二次微分的信号提取电路206；对信号提取电路206的输出电压中包含的MHP的个数进行计数的计数电路207；计算与物体210的距离和物体210的速度的计算装置208；显示计算装置208的计算结果的显示装置209。

激光驱动器204将随着时间以与规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，对半导体激光器201进行驱动，使得振荡波长以规定的变化率连续增加的第一振动期间和振荡波长以规定的变化率连续减少的第二振动期间交替反复。图21是显示半导体激光器201的振荡波长的时间变化的示意图。图21中，P1为第一振荡期间，P2为第二振荡期间，λa为各期间振荡波长的最小值、λb为各期间振荡波长的最大值、Tt为三角波的周期。

从半导体激光器201出射的激光由透镜203集光，入射到物体210。由物体210反射的光通过透镜203集光入射到半导体激光器201。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-电压变换放大器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-电压变换放大器205的输出电压进行二次微分。计数电路207针对第一振荡期间P1和第二振荡期间P2分别对包含在信号提取电路206的输出电压中的模跳脉冲(MHP)的个数进行计数。计算装置208根据半导体激光器201的最小振荡波长λa、最大振荡波长λb、第一振荡期间P1中的MHP的个数和第二振荡期间P2中的MHP的个数，计算出与物体210的距离和物体210的速度。根据这样的自混合型的激光计测器，可以进行半导体激光器201的半波长程度的分辨能力的位移计测，和与半导体激光器201的波长调制量成反比的分辨能力的距离计测。

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

根据自结合型激光计测器，和从前的FMCW雷达和驻波雷达、自混合型激光传感器等相比，可以以高分辨能力计测测定对象的位移和速度。但是，自结合型激光计测器由于和FFT一样其计算位移和速度需要一定程度的计测时间(在专利文献1的例子中，是指半导体激光器的振荡波长调制的载波的半周期)，因此存在着在速度变化快的测定对象的计测中产生计测误差的问题。又，由于信号处理中需要对MHP的个数进行计数，因此还存在着难以实现半导体激光器的未满半波长的分辨能力的问题。

本发明为了解决上述课题，旨在提供一种能够以高的分辨能力计测物体的位移和速度，并能缩短计测所需的时间的物理量传感器和物理量计测方法。

解决问题的手段