特開 2024-155582 速度測定装置及び速度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155582

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】速度測定装置及び速度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 3/68 20060101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

G01P3/68 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070419

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】古谷 雅

(57)【要約】

【課題】速度を正確に測定することができる速度測定装置を提供する。
【解決手段】移動する測定対象物１０からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズ４と、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイ５０と、光検出器アレイ５０で受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物１０の速度を測定する第１の速度測定部３０１と、第１の時間において光検出器アレイ５０で撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイ５０で撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物１０の速度を測定する第２の速度測定部３０２と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動する測定対象物からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズと、
前記両側テレセントリックレンズを通過した前記反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイと、
前記光検出器アレイで受光された前記反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の第１の速度を測定する第１の速度測定部と、
第１の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第１の光分布と、第２の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第２の光分布と、を比較して、前記第１の時間から前記第２の時間の間における前記測定対象物の移動量を算出し、前記移動量に基づき、前記測定対象物の第２の速度を測定する第２の速度測定部と、
を備える、速度測定装置。

【請求項2】

前記第１の速度及び前記第２の速度の少なくともいずれかが閾値より速い場合、前記第１の速度を選択し、前記第１の速度及び前記第２の速度の少なくともいずれかが閾値より遅い場合、前記第２の速度を選択する、速度選択部をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項3】

前記光検出器アレイが、複数の光検出器を備え、
前記閾値が、前記複数の光検出器の数、前記複数の光検出器の間隔、前記第１の速度測定部が前記光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、前記第２の速度測定部が前記光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び前記両側テレセントリックレンズの倍率の少なくともいずれかに基づいて設定されている、
請求項２に記載の速度測定装置。

【請求項4】

前記光検出器アレイが複数の光検出器を備え、
前記第１の速度測定部が、
前記複数の光検出器のうち、所定の個数の隣接する光検出器を所定の間隔をおいてグループ化した第１のグループの光検出器から出力された信号を合計する第１の信号合計部と、
前記第１の信号合計部で合計された信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数に基づき、前記測定対象物の前記第１の速度を算出する第１の速度算出部と、
を備える、
請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項5】

前記光検出器アレイが複数の光検出器を備え、
前記第１の速度測定部が、
前記複数の光検出器のうち、所定の個数の隣接する光検出器を所定の間隔をおいてグループ化した第１のグループの光検出器から出力された信号を合計する第１の信号合計部と、
前記複数の光検出器のうち、前記第１のグループの光検出器以外の第２のグループの光検出器から出力された信号を合計する第２の信号合計部と、
前記第１の信号合計部で合計された信号と前記第２の信号合計部で合計された信号の差分信号を算出する差分信号算出部と、
前記差分信号の周波数を算出する周波数算出部と、
前記周波数に基づき、前記測定対象物の前記第１の速度を算出する第１の速度算出部と、
を備える、
請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項6】

前記光検出器アレイが複数の光検出器を備え、
前記第２の速度測定部が、
第１の時間に前記複数の光検出器が検出した前記反射光の光強度の分布を、第１の光分布として取得し、第２の時間に前記複数の光検出器が検出した前記反射光の光強度の分布を、第２の光分布として取得する光分布取得部と、
前記第１の光分布と前記第２の光分布に共通する共通部分を比較し、前記第１の光分布から前記第２の光分布への前記共通部分の移動量を算出する移動量算出部と、
前記移動量に基づき、前記測定対象物の前記第２の速度を算出する第２の速度算出部と、
を備える、
請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項7】

移動する測定対象物からの反射光を両側テレセントリックレンズで受光することと、
前記両側テレセントリックレンズを通過した前記反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイで前記反射光を受光することと、
前記光検出器アレイで受光された前記反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の第１の速度を測定することと、
第１の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第１の光分布と、第２の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第２の光分布と、を比較して、前記第１の時間から前記第２の時間の間における前記測定対象物の移動量を算出し、前記移動量に基づき、前記測定対象物の第２の速度を測定することと、
を含む、速度測定方法。

【請求項8】

前記第１の速度及び前記第２の速度の少なくともいずれかが閾値より速い場合、前記第１の速度を選択し、前記第１の速度及び前記第２の速度の少なくともいずれかが閾値より遅い場合、前記第２の速度を選択することをさらに含む、請求項７に記載の速度測定方法。

【請求項9】

前記光検出器アレイが複数の光検出器を備え、
前記閾値が、前記複数の光検出器の数、前記複数の光検出器の間隔、前記第１の速度を測定する第１の速度測定部が前記光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、前記第２の速度を測定する第２の速度測定部が前記光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び前記両側テレセントリックレンズの倍率の少なくともいずれかに基づいて設定される、
請求項８に記載の速度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、速度測定装置及び速度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物の移動速度を非接触で測定する方法が提案されてきている。特許文献１は、対象物からの光路長が互いに異なる位置に２つの空間フィルタを配置し、対象物からの反射光を２つの空間フィルタの両方に結像し、２つの空間フィルタでフィルタリングされた２つの信号の両方の周波数を用いて、対象物の移動速度を算出することを記載している。

【0003】

特許文献２は、複数のフォトダイオード素子と、複数のフォトダイオード素子におけるフォトダイオード素子のグループを順次走査する走査スイッチと、走査スイッチから得られる出力に基づき、被測定物の速度を算出する速度測定器を記載している。しかし、走査スイッチから得られる出力の波形は階段状であるため、出力から周波数を求める際にノイズが発生し、当該周波数から速度を正確に算出することができない。

【0004】

特許文献３は、測定対象物の基準画像データと測定画像データに共通する注目部分を抽出比較して、基準画像と測定画像のずれ量を求めることにより、測定対象の変位量を算出する変位測定装置を記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭５３－１３８３８１号公報

【特許文献2】実開昭６０－６５６７５号公報

【特許文献3】特開２００１－２４１９１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の空間フィルタを用いた非接触速度測定装置は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動すると、対象物からの反射光が結像する位置が空間フィルタからずれるために、対象物の速度を正確に測定することができない。そこで、本発明は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、対象物の速度が速い場合であっても、遅い場合であっても、対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様に係る速度測定装置は、移動する測定対象物からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズと、両側テレセントリックレンズを通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイと、光検出器アレイで受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を測定する第１の速度測定部と、第１の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物の第２の速度を測定する第２の速度測定部と、を備える。

【0008】

上記の速度測定装置は、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より速い場合、第１の速度を選択し、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より遅い場合、第２の速度を選択する、速度選択部をさらに備えていてもよい。

【0009】

上記の速度測定装置において、光検出器アレイが複数の光検出器を備えていてもよい。

【0010】

上記の速度測定装置において、閾値が、複数の光検出器の数、複数の光検出器の間隔、第１の速度測定部が光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、第２の速度測定部が光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び両側テレセントリックレンズの倍率の少なくともいずれかに基づいて設定されていてもよい。

【0011】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、複数の光検出器のうち、所定の個数の隣接する光検出器を所定の間隔をおいてグループ化した第１のグループの光検出器から出力された信号を合計する第１の信号合計部を備えていてもよい。

【0012】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、第１の信号合計部で合計された信号の周波数を算出する周波数算出部を備えていてもよい。

【0013】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、第１の信号合計部で合計された信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を算出する第１の速度算出部を備えていてもよい。

【0014】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、複数の光検出器のうち、第１のグループの光検出器以外の第２のグループの光検出器から出力された信号を合計する第２の信号合計部と、第１の信号合計部で合計された信号と第２の信号合計部で合計された信号の差分信号を算出する差分信号算出部と、を備えていてもよい。

【0015】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、差分信号の周波数を算出する周波数算出部を備えていてもよい。

【0016】

上記の速度測定装置において、第１の速度測定部が、差分信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を算出する第１の速度算出部を備えていてもよい。

【0017】

上記の速度測定装置において、第２の速度測定部が、第１の時間に複数の光検出器が検出した反射光の光強度の分布を、第１の光分布として取得し、第２の時間に複数の光検出器が検出した反射光の光強度の分布を、第２の光分布として取得する光分布取得部を備えていてもよい。

【0018】

上記の速度測定装置において、第２の速度測定部が、第１の光分布と第２の光分布に共通する共通部分を比較し、第１の光分布から第２の光分布への共通部分の移動量を算出する移動量算出部を備えていてもよい。

【0019】

上記の速度測定装置において、第２の速度測定部が、共通部分の移動量に基づき、測定対象物の第２の速度を算出する第２の速度算出部を備えていてもよい。

【0020】

本発明の態様に係る速度測定方法は、移動する測定対象物からの反射光を両側テレセントリックレンズで受光することと、両側テレセントリックレンズを通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイで反射光を受光することと、光検出器アレイで受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を測定することと、第１の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物の第２の速度を測定することと、を含む。

【0021】

上記の速度測定方法が、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より速い場合、第１の速度を選択し、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より遅い場合、第２の速度を選択することをさらに含んでいてもよい。

【0022】

上記の速度測定方法において、光検出器アレイが複数の光検出器を備えていてもよい。

【0023】

上記の速度測定方法において、閾値が、複数の光検出器の数、複数の光検出器の間隔、第１の速度を測定する第１の速度測定部が光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、第２の速度を測定する第２の速度測定部が光検出器アレイから信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び両側テレセントリックレンズの倍率の少なくともいずれかに基づいて設定されていてもよい。

【0024】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、複数の光検出器のうち、所定の個数の隣接する光検出器を所定の間隔をおいてグループ化した第１のグループの光検出器から出力された信号を合計することを含んでいてもよい。

【0025】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、第１のグループの光検出器から出力され、合計された信号の周波数を算出してもよい。

【0026】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、第１のグループの光検出器から出力され、合計された信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を算出してもよい。

【0027】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、複数の光検出器のうち、第１のグループの光検出器以外の第２のグループの光検出器から出力された信号を合計することと、第１の信号合計部で合計された信号と第２の信号合計部で合計された信号の差分信号を算出することと、を含んでいてもよい。

【0028】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、差分信号の周波数を算出することを含んでいてもよい。

【0029】

上記の速度測定方法において、第１の速度を測定することが、差分信号の周波数に基づき、測定対象物の第１の速度を算出することを含んでいてもよい。

【0030】

上記の速度測定方法において、第２の速度を測定することが、第１の時間に複数の光検出器が検出した反射光の光強度の分布を、第１の光分布として取得し、第２の時間に複数の光検出器が検出した反射光の光強度の分布を、第２の光分布として取得することを含んでいてもよい。

【0031】

上記の速度測定方法において、第２の速度を測定することが、第１の光分布と第２の光分布に共通する共通部分を比較し、第１の光分布から第２の光分布への共通部分の移動量を算出することを含んでいてもよい。

【0032】

上記の速度測定方法において、第２の速度を測定することが、第１の光分布と第２の光分布に共通する共通部分の移動量に基づき、測定対象物の第２の速度を算出することを含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0033】

本発明によれば、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することができる。また、本発明は、対象物の速度が速い場合であっても、遅い場合であっても、対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】図１（Ａ）は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式的上面図である。図１（Ｂ）は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式的側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る光検出器アレイを示す模式図である。

【図3】図３は、実施形態に係る２つの信号の強度の時間変化を示す模式的なグラフである。

【図4】図４は、実施形態に係る２つの信号の強度の差分の信号の時間変化を示す模式的なグラフである。

【図5】図５は、実施形態に係る信号の周波数スペクトルを示す模式的なグラフである。

【図6】図６は、実施形態に係る信号から得られる共通部分の移動量と相関値の関係を示す模式的なグラフである。

【図7】図７は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式的側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0036】

実施形態に係る速度測定装置は、図１に示すように、移動する測定対象物１０からの反射光を受光する両側テレセントリックレンズ４と、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置された光検出器アレイ５０と、光検出器アレイ５０で受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物１０の第１の速度を測定する第１の速度測定部３０１と、第１の時間において光検出器アレイ５０で撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイ５０で撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物１０の第２の速度を測定する第２の速度測定部３０２と、を備える。第１の速度測定部３０１と第２の速度測定部３０２は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。

【0037】

測定対象物１０は、平行に移動する。測定対象物１０は、速度測定装置に対して相対的に移動する。例えば、速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動してもよいし、測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動してもよい。速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動する場合、測定対象物１０の例としては、フィルム、及び不織布等が挙げられるが、特に限定されない。測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動する場合、測定対象物１０の例としては、路面が挙げられるが、特に限定されない。

【0038】

実施形態に係る速度測定装置は、測定対象物１０に光を照射する光源３０をさらに備えていてもよい。光源３０としては、レーザー及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用可能であるが、特に限定されない。光の強度は、例えば、一定である。実施形態に係る速度測定装置は、光源３０が発した光を平行光にする照射用レンズ３１をさらに備えていてもよい。光源３０が光を照射することにより、測定対象物１０から反射光が生じる。ただし、光源３０が光を照射しなくとも、太陽光や周囲の照明光により測定対象物１０から反射光が生じる場合は、光源３０はなくてもよい。

【0039】

両側テレセントリックレンズ４は、測定対象物１０からの反射光を集光する第１のレンズ４０を備えていてもよい。第１のレンズ４０は、例えば、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。第１のレンズ４０の物体側の主光線は平行である。これにより、第１のレンズ４０と測定対象物１０の間の距離が変わっても、結像倍率は一定である。また、両側テレセントリックレンズ４は、第１のレンズ４０で集光された反射光を平行光にする第２のレンズ４１を備えていてもよい。例えば、第２のレンズ４１は、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。第２のレンズ４１の像側の主光線は平行である。これにより、第２のレンズ４１と光検出器アレイ５０の間の距離が変わっても、結像倍率は一定である。例えば、第１のレンズ４０の光軸と第２のレンズ４１の光軸は一致する。第１のレンズ４０と第２のレンズ４１の間に絞り６１が配置されていてもよい。第１のレンズ４０、第２のレンズ４１、及び絞り６１は、鏡筒７１内に配置されていてもよい。両側テレセントリックレンズ４は、例えば、測定対象物１０と光検出器アレイ５０の間に配置される。

【0040】

光検出器アレイ５０は、例えば、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜して配置される。光検出器アレイ５０は、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置されているため、光検出器アレイ５０上の一部の領域で測定対象物１０の像がクリアに結像し、光検出器アレイ５０上の他の領域で測定対象物１０の像がぼやけて結像する。

【0041】

光検出器アレイ５０は、図２に示すように、縞状に配置された複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・を備える。複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれは、画素であり得る。複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれは、フォトダイオードであり得る。縞状に配置された複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・は、空間フィルタをなしており、測定対象物１０が移動する方向に、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・が並ぶように配置されている。。

【0042】

第１の速度測定部３０１は、空間フィルタ法により、第１の速度を測定する。第１の速度測定部３０１は、例えば、第１の信号合計部３１１と第２の信号合計部３１２を備える。

【0043】

第１の信号合計部３１１は、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のうち、所定の個数の隣接する光検出器を所定の間隔をおいてグループ化した第１のグループの光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｅ、５２Ｆ、５２Ｉ、５２Ｊから出力された信号を合計する。第１の信号合計部３１１と、第１のグループの光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｅ、５２Ｆ、５２Ｉ、５２Ｊと、は、信号線で接続されている。第１の信号合計部３１１と、第１のグループの光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｅ、５２Ｆ、５２Ｉ、５２Ｊのそれぞれと、を接続する信号線には、スイッチが設けられていてもよい。

【0044】

なお、図２に示す例においては、２個の隣接する光検出器を２個の光検出器に相当する間隔をおいてグループ化しているが、グループ化した光検出器における隣接する光検出器の数と、間隔は任意である。以下、グループ化した光検出器における隣接する光検出器に相当する距離と、間隔と、の合計をピッチという。例えば、２個の隣接する光検出器を２個の光検出器に相当する間隔をおいてグループ化している場合、グループ化した光検出器のピッチは、光検出器の４個分である。なお、後述するように、グループ化した光検出器のピッチが大きいほど、測定可能な最高速度が高くなり、グループ化した光検出器のピッチが小さいほど、測定速度の精度が高くなる。そのため、グループ化した光検出器のピッチは、測定対象物１０の速度域に応じて適宜設定され得る。第１の信号合計部３１１が、第１のグループの光検出器のピッチを設定してもよい。

【0045】

第２の信号合計部３１２は、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のうち、第１のグループの光検出器以外の第２のグループの光検出器５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｇ、５２Ｈ、５２Ｋ、５２Ｌから出力された信号を合計する。第２の信号合計部３１２と、第２のグループの光検出器５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｇ、５２Ｈ、５２Ｋ、５２Ｌと、は、信号線で接続されている。第２の信号合計部３１２と、第２のグループの光検出器５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｇ、５２Ｈ、５２Ｋ、５２Ｌのそれぞれと、を接続する信号線には、スイッチが設けられていてもよい。第１のグループと第２のグループが重複しない限り、第２のグループの光検出器における隣接する光検出器の数及び間隔は、例えば、第１のグループの光検出器における隣接する光検出器の数及び間隔と同じである。第２の信号合計部３１２が、第２のグループの光検出器のピッチを設定してもよい。

【0046】

第１の信号合計部３１１で合計された信号の例を、図３のグラフの実線で示す。また、第２の信号合計部３１２で合計された信号の例を、図３のグラフの破線で示す。第１の信号合計部３１１で合計された信号の周波数は、測定対象物１０の速度と、第１のグループの光検出器のピッチに比例する。第２の信号合計部３１２で合計された信号の周波数は、第１の信号合計部３１１で合計された信号の周波数と同じであり、第２の信号合計部３１２で合計された信号の位相は、第１の信号合計部３１１で合計された信号の位相の逆相である。

【0047】

図２に示す第１の信号合計部３１１及び第２の信号合計部３１２には、差分信号算出部３１３が接続されている。差分信号算出部３１３は、図４に例示するような、第１の信号合計部３１１で合計された信号と、第２の信号合計部３１２で合計された信号と、の差分信号を算出する。差分信号においては、第１の信号合計部３１１で合計された信号が含むバイアス成分と、第２の信号合計部３１２で合計された信号が含むバイアス成分が除去される。また、差分信号の振幅は、第１の信号合計部３１１で合計された信号の振幅の２倍であり、第２の信号合計部３１２で合計された信号の振幅の２倍である。

【0048】

図２に示す差分信号算出部３１３には、周波数算出部３１４が接続されている。周波数算出部３１４は、例えば、差分信号を所定の時間蓄積し、蓄積した差分信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理して、図５に示すような周波数スペクトル（振幅スペクトル）を算出する。周波数スペクトルにおいて、ゼロ付近を除いて振幅のピークを与える正の周波数が、差分信号の周波数Ｆである。なお、スペクトルはパワースペクトルでもよい。

【0049】

図２に示す周波数算出部３１４には、第１の速度算出部３１５が接続されている。第１の速度算出部３１５は、例えば下記（１）式を用いて、測定対象物１０の第１の速度Ｖ１を算出する。
Ｖ１＝ＦＰ／Ｍ （１）
ここで、Ｐは、第１のグループにグループ化した光検出器のピッチであり、第２のグループにグループ化した光検出器のピッチである。Ｍは、両側テレセントリックレンズ４による倍率である。なお、第１の速度Ｖ１の算出には、信号の周波数Ｆの代わりに信号の周期を用いてもよい。

【0050】

第２の速度測定部３０２は、パターンマッチング法により、第２の速度を測定する。パターンマッチング法の例としては、特開２０００－２２１１３９号公報に記載されている位相限定相関法が挙げられる。第２の速度測定部３０２は、例えば、光分布取得部３２１を備える。光分布取得部３２１は、例えば、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれから、光強度の信号を順次取得し、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・が検出した反射光による光強度の分布を算出する。光分布取得部３２１は、光強度の分布を画像として算出してもよい。光分布取得部３２１と、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・と、は、信号線で接続されている。光分布取得部３２１と、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれと、を接続する信号線には、スイッチが設けられていてもよい。

【0051】

光分布取得部３２１は、第１の時間に複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・が検出した反射光による光強度の分布を、第１の光分布として、光分布記憶部３２２に保存する。第１の光分布は、例えば、ｆ１（ｘ）と表される。ここで、ｘは、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の番号又は位置である。第１の光分布は、画像であり得る。また、光分布取得部３２１は、第１の時間より後の第２の時間に複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・が検出した反射光による光強度の分布を、第２の光分布として、光分布記憶部３２２に保存する。第２の光分布は、例えば、ｆ２（ｘ）と表される。第２の光分布は、画像であり得る。

【0052】

光分布記憶部３２２には、移動量算出部３２３が接続されている。移動量算出部３２３は、光分布記憶部３２２から第１の光分布と第２の光分布を読み出す。移動量算出部３２３は、第１の光分布と第２の光分布に共通する共通部分を比較し、第１の光分布から第２の光分布への共通部分の移動量を算出する。共通部分は、特徴部分であり得る。

【0053】

例えば、移動量算出部３２３は、第１の光分布ｆ１（ｘ）を離散フーリエ変換処理し、第１のフーリエ変換データＦ１（ｕ）を算出する。ここで、ｕは、空間周波数である。また、移動量算出部３２３は、第２の光分布ｆ２（ｘ）を離散フーリエ変換処理し、第２のフーリエ変換データＦ２（ｕ）を算出する。さらに、移動量算出部３２３は、下記（２）式に示すように、第１のフーリエ変換データＦ１（ｕ）と第２のフーリエ変換データＦ２（ｕ）を合成して、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）を算出する。
Ｆ３（ｕ）＝Ｆ１^*（ｕ）・Ｆ２（ｕ） （２）
^*は、複素共役を表す。

【0054】

移動量算出部３２３は、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）を位相限定処理し、下記（３）式で与えられる第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）を算出する。
Ｆ４（ｕ）＝Ｆ３（ｕ）／｜Ｆ３（ｕ）｜ （３）
これにより、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）の全ての周波数における振幅を１として、位相のみを表す第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）が得られる。

【0055】

移動量算出部３２３は、第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）を逆フーリエ変換し、図６に例示する逆フーリエ変換データｆ４（ｘ）を算出する。逆フーリエ変換データｆ４（ｘ）におけるピークの位置ｘは、第１の光分布ｆ１（ｘ）から第２の光分布ｆ２（ｘ）への共通部分の移動量に該当し、共通部分の移動量は、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物１０の移動量に該当する。

【0056】

図２に示す移動量算出部３２３には、第２の速度算出部３２４が接続されている。第２の速度算出部３２４は、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物１０の移動量を、第１の時間から第２の時間までの経過時間で除して、測定対象物１０の第２の速度を算出する。

【0057】

上述したように、第１の速度測定部３０１は、空間フィルタ法により、第１の速度を測定する。ここで、空間フィルタ法で測定することができる最高速度Ｖｆは、下記（４）式で与えられる。
Ｖｆ＜Ｐ／Ｓ （４）
Ｐは、上述したように、第１のグループの光検出器のピッチであり、第２のグループの光検出器のピッチである。Ｓは、光検出器アレイ５０の露光時間である。ピッチＰは、計測されるべき速度Ｖａに露光時間Ｓをかけた値以上であって、小さい方が、計測される速度の精度は高くなる。ただし、精度は低くなるものの、ピッチＰが大きくなるほど、測定することができる最高速度Ｖｆは高くなる。しかし、空間フィルタ法は、一般的には、測定対象の速度が低速であったり、測定対象が静止していたりする場合においては、測定対象の速度を測定することができない。

【0058】

また、上述したように、第２の速度測定部３０２は、パターンマッチング法により、第２の速度を測定する。ここで、パターンマッチング法は、測定対象の速度が低速であったり、測定対象が静止していたりする場合であっても、測定対象の速度を測定可能である。また、パターンマッチング法は、サブピクセル処理により、測定対象の速度を高い精度で測定可能である。しかし、パターンマッチング法においては、撮像された第１の光分布と第２の光分布が共通する共通部分を含むことが必要であり、測定対象の速度が速く、第１の光分布に含まれていた共通部分が、第２の光分布を撮像する際に既に速度測定装置の前を通過していた場合には、測定対象の速度を測定することができない。そのため、パターンマッチング法で測定可能な最高速度は、空間フィルタ法で測定可能は最高速度よりも低い。

【0059】

図１に示す実施形態に係る速度測定装置は、第１の速度測定部３０１が空間フィルタ法により速い速度を測定可能であり、第２の速度測定部３０２がパターンマッチング法により遅い速度を測定可能であるため、幅広い範囲における速度を測定することが可能である。

【0060】

図１に示す実施形態に係る速度測定装置は、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より速い場合、第１の速度を選択し、第１の速度及び第２の速度の少なくともいずれかが閾値より遅い場合、第２の速度を選択する、速度選択部３０３をさらに備えていてもよい。上述したように、空間フィルタ法では速い速度を測定可能であるものの、遅い速度の測定に適していない。また、パターンマッチング法では遅い速度を測定可能であるものの、速い速度の測定に適していない。そのため、速度選択部３０３は、第１の速度測定部３０１及び第２の速度測定部３０２の少なくともいずれかが閾値より速い速度を測定したときには、第１の速度測定部３０１が空間フィルタ法により測定した第１の速度を選択し、第１の速度測定部３０１及び第２の速度測定部３０２の少なくともいずれかが閾値より遅い速度を測定したときには、第２の速度測定部３０２がパターンマッチング法により測定した第２の速度を選択する。

【0061】

第１の速度測定部３０１が測定可能な速度は、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の数、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の間隔、第１の速度測定部３０１が光検出器アレイ５０からの信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び両側テレセントリックレンズ４の倍率に依存する。また、第２の速度測定部３０２が測定可能な速度は、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の数、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の間隔、第２の速度測定部３０２が光検出器アレイ５０からの信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び両側テレセントリックレンズ４の倍率に依存する。したがって、速度選択部３０３が用いる閾値は、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の数、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の間隔、第１の速度測定部３０１が光検出器アレイ５０からの信号を読み出すために用いるクロックパルス、第２の速度測定部３０２が光検出器アレイ５０からの信号を読み出すために用いるクロックパルス、及び両側テレセントリックレンズ４の倍率の少なくともいずれかに基づいて設定されていてもよい。

【0062】

上述したように、実施形態に係る速度測定装置においては、光検出器アレイ５０が、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置されている。ここで、速度測定装置と測定対象物の間の距離が一定である場合、像面に対して平行に配置された光検出器アレイに測定対象物を結像させれば、測定対象物の速度を安定的に計測可能である。しかし、速度測定装置及び測定対象物のいずれかの揺れ等により、速度測定装置と測定対象物の間の距離を一定に保てない場合が生じ得る。光検出器アレイが像面に対して平行に配置されている場合、速度測定装置と測定対象物の間の距離が変動して、光検出器アレイ上における測定対象物の像がぼやけると、測定対象物の速度の算出が不可能になり得る。

【0063】

これに対し、実施形態に係る速度測定装置においては、光検出器アレイ５０が、両側テレセントリックレンズ４を通過した反射光による像面に対して傾斜して配置されているため、速度測定装置と測定対象物１０の間の距離が、短くなったり、長くなったりして変動すると、光検出器アレイ５０上において、測定対象物１０の像がクリアに結像する位置が連続的に移動するものの、光検出器アレイ５０上の全ての領域で測定対象物１０の像がぼやけることを抑制可能である。そのため、実施形態に係る速度測定装置は、当該速度測定装置と測定対象物１０の間の距離が変動しても、測定対象物１０の速度を安定的に計測可能である。

【0064】

上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図２に示す差分信号算出部３１３で、第１の信号合計部３１１で合計された信号と、第２の信号合計部３１２で合計された信号と、の差分信号を算出し、周波数算出部３１４が差分信号に基づいて差分信号の周波数を算出し、第１の速度算出部３１５が差分信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の第１の速度Ｖ１を算出する例を説明した。

【0065】

これに対し、差分信号算出部３１３で差分信号を算出せず、周波数算出部３１４が第１の信号合計部３１１で合計された信号のみに基づいて信号の周波数を算出し、第１の速度算出部３１５が当該信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の第１の速度Ｖ１を算出してもよい。あるいは、周波数算出部３１４が第２の信号合計部３１２で合計された信号のみに基づいて信号の周波数を算出し、第１の速度算出部３１５が当該信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の第１の速度Ｖ１を算出してもよい。ただし、差分信号を用いたほうが、バイアス成分が除去されるため、測定精度は高くなる。

【0066】

また、図７に示すように、実施形態に係る速度測定装置は、両側テレセントリックレンズ４と光検出器アレイ５０の間に配置されたプリズム６０を備えていてもよい。プリズム６０は、反射光の進行方向において連続的に変化する厚みを有する。プリズム６０は例えば楔形プリズムであるが、特に限定されない。プリズム６０は、例えば、測定対象物１０の移動方向においては一定の厚みを有する。反射光の進行方向において連続的に変化する厚みを有するプリズム６０を反射光が通過すると、反射光が形成する像面が、両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜する。この場合、光検出器アレイ５０を両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して垂直に配置してもよいし、傾斜して配置してもよい。プリズム６０により反射光が形成する像面が両側テレセントリックレンズ４の光軸に対して傾斜するため、光検出器アレイ５０の一部の領域で測定対象物１０の像がクリアに結像し、光検出器アレイ５０の他の領域で測定対象物１０の像がぼやけて結像する。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

【0067】

（実施例）
複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の数が５１２、複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・の間隔が０．０１ｍｍ、第１の速度測定部３０１及び第２の速度測定部３０２が光検出器アレイ５０からの信号を読み出すために用いるクロックパルスが１０ＭＨｚ、両側テレセントリックレンズ４による倍率が１であると仮定する。

【0068】

空間フィルタ法で測定対象物１０の速度を測定する場合、第１の信号合計部３１１が信号を読み込む時間と、第２の信号合計部３１２が信号を読み込む時間と、の合計は、０．２μｓ（＝２／１０ＭＨｚ）である。２個の隣接する光検出器を２個の光検出器に相当する間隔をおいてグループ化している場合、グループ化した光検出器のピッチは０．０４ｍｍ（＝０．０１ｍｍ×４）である。この場合、空間フィルタ法で測定可能な測定対象物１０の最高速度は、信号を読み込む時間（０．２μｓ）の間に、グループ化した光検出器のピッチ（０．０４ｍｍ）と同じ距離を移動する速度未満であるので、２００ｍ／ｓ（＝０．０４ｍｍ／０．２μｓ）未満である。

【0069】

パターンマッチング法で測定対象物１０の速度を測定する場合、光分布取得部３２１が５１２個の光検出器から信号を読み込む時間は、５１．２μｓ（＝５１２／１０ＭＨｚ）である。光検出器アレイ５０の幅は５．１２ｍｍ（＝５１２×０．０１ｍｍ）である。測定対象物１０の移動速度が１００ｍ／ｓ（＝５．１２ｍｍ／５１．２μｓ）である場合、第１の光分布を取得した後、第２の光分布を取得する前に、測定対象物１０が両側テレセントリックレンズ４の前を通り過ぎる。そのため、パターンマッチング法で測定可能な測定対象物１０の最高速度は、１００ｍ／ｓ未満である。

【符号の説明】

【0070】

４・・・両側テレセントリックレンズ、１０・・・測定対象物、３０・・・光源、３１・・・照射用レンズ、４０・・・第１のレンズ、４１・・・第２のレンズ、５０・・・光検出器アレイ、５２・・・光検出器、６０・・・プリズム、７１・・・鏡筒、３０１・・・第１の速度測定部、３０２・・・第２の速度測定部、３０３・・・速度選択部、３１１・・・第１の信号合計部、３１２・・・第２の信号合計部、３１３・・・差分信号算出部、３１４・・・周波数算出部、３１５・・・第１の速度算出部、３２１・・・光分布取得部、３２２・・・光分布記憶部、３２３・・・移動量算出部、３２４・・・第２の速度算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】